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Valorisation par digestion anaérobie des déchets organiques ménagers de la
ville de Cuenca, Équateur
Auteur : Nieto Orellana, Christian Ricardo
Promoteur(s) : 2539
Faculté : Faculté des Sciences
Diplôme : Master en sciences et gestion de l'environnement, à finalité spécialisée en énergies renouvelables
Année académique : 2018-2019
URI/URL : http://hdl.handle.net/2268.2/7250
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Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement
Faculté des Sciences, de la Technologie et de la
Communication
[2018-2019]
Valorisation par digestion anaérobie des déchets organiques ménagers de la ville de
Cuenca, Équateur
Mémoire présenté par Christian NIETO
en vue de l’obtention des diplômes de
Master en Sciences et Gestion de l’Environnement – finalité Energies Renouvelables
(ULiège)
Master en Développement Durable – finalité Énergie-Environnement (Uni.lu)
ii
Promoteur : Professeur Manfred GREGER
Comité de lecture :
• Professeur Frank SCHOLZEN
• Professeur Philippe ANDRE
« Copyright »
« Toute reproduction du présent document, par quelque procédé que ce soit, ne peut être réalisée qu'avec
l'autorisation de l'auteur et de l'autorité académique* de l’Université de Liège et de l’université du Luxembourg
* « L'autorité académique est représentée par le(s) promoteur(s) membre(s) du personnel enseignant de
l’ULiège et l’Université du Luxembourg »
« Le présent document n'engage que son auteur. »
« Auteur du présent document : NIETO Christian, [email protected]
iii
Dédicaces
A toute ma famille qui a toujours soutenu mes projets.
A ma femme qui avec sa patiente, son courage, sa confiance mais surtout grâce à son amour m’ont soutenu pour
culminer ce grand défi.
iv
Remerciements
A Dieu, de m’avoir donné la force et de me protéger pendant tout cette étape.
Je remercie premièrement au Secrétariat National de l’Education Supérieure, Science et Technologie pour leur
soutien économique qui m’a permis de réaliser cette formation académique.
A madame Andrea Arteaga, directrice générale de l’entreprise EMAC pour me permettre d’utiliser
l’information nécessaire pour la réalisation du présent travail.
Je veux bien remercier au Professeur Manfred GREGER, encadrant de l’Université du Luxembourg pour sa
patiente et sa guidance dans la révision du présent travail.
Je tiens un grand remerciement à tout l’équipe de travail de la firme L.E.E. à Junglinster, qui m’ont bien accueilli
pendant mon travail de stage, surtout à Mannu HANNICK pour toujours partager ses connaissances qui m’ont
bien aidé pour le développement du présent travail de fin d’études.
A Madame Françoise et Lucia qui m’ont donné leur soutenance morale pendant mon séjour à Arlon et leur
patiente pour toujours me guider.
Un grand merci à tous mes collègues de la maison communautaire qui, avec leur bonne humeur, m'ont permis
de passer un séjour plus agréable à Arlon.
v
TABLE DES MATIÈRES 1 Introduction ................................................................................................................................................ 1
2 Contexte Équateur ...................................................................................................................................... 3
2.1 Gestion de déchets ............................................................................................................................ 3
2.2 Electricité en Équateur ...................................................................................................................... 4
3 Contexte local ............................................................................................................................................. 6
3.1 Généralités ........................................................................................................................................ 6
3.2 Production et composition des déchets ............................................................................................. 7
3.3 Collecte et gestion des déchets .......................................................................................................... 8
3.4 Décharge de la ville de Cuenca ....................................................................................................... 10
3.5 Tarif de collecte et gestion .............................................................................................................. 10
3.6 Coûts pour l’entreprise .................................................................................................................... 11
3.7 Lixiviat ............................................................................................................................................ 11
3.8 Captation du gaz ............................................................................................................................. 11
3.9 Emissions de GES dans la décharge ............................................................................................... 11
3.10 Production du compost ................................................................................................................... 14
4 Digestion anaérobie .................................................................................................................................. 15
4.1 Mécanismes .................................................................................................................................... 15
4.2 Paramètres ....................................................................................................................................... 16
4.2.1 Température ................................................................................................................................ 16
4.2.2 Taille particules .......................................................................................................................... 16
4.2.3 Teneur en matière sèche ............................................................................................................. 16
4.2.4 Taux de charge et temps de séjour .............................................................................................. 17
4.2.5 Type du substrat ......................................................................................................................... 17
4.3 Méthanisation de déchets ménagers ................................................................................................ 18
5 Systèmes de méthanisation et technologies .............................................................................................. 19
5.1 Selon la teneur en matière sèche ..................................................................................................... 19
5.2 Selon le fonctionnement du digesteur ............................................................................................. 19
5.3 Technologies disponibles ................................................................................................................ 20
5.3.1 Valorga ....................................................................................................................................... 21
5.3.2 Dranco ........................................................................................................................................ 22
5.3.3 Kompogas ................................................................................................................................... 23
5.3.4 BEKON ...................................................................................................................................... 24
5.4 Avantages et désavantages .............................................................................................................. 25
5.5 Analyse des technologies ................................................................................................................ 26
5.5.1 Analyse technique ...................................................................................................................... 27
vi
5.5.2 Analyse économique................................................................................................................... 28
5.5.3 Analyse environnementale ......................................................................................................... 29
5.6 Sélection de la technologie la mieux adaptée .................................................................................. 29
6 Évaluation de la technologie choisie ........................................................................................................ 30
6.1 Données de base .............................................................................................................................. 30
6.2 Digestion anaérobie selon la technologie ........................................................................................ 31
6.3 Dimensionnement de l’installation ................................................................................................. 32
6.4 Production de compost .................................................................................................................... 34
6.5 Production de biogaz ....................................................................................................................... 37
6.6 Production d’énergie ....................................................................................................................... 37
6.7 Bilan énergétique ............................................................................................................................ 39
6.8 Production de sous-produits ............................................................................................................ 41
6.9 Transport des déchets ...................................................................................................................... 41
7 Analyse économique ................................................................................................................................ 42
7.1 Investissements ............................................................................................................................... 42
7.2 Coût d’exploitation ......................................................................................................................... 42
7.3 Recettes ........................................................................................................................................... 44
7.4 Coût de traitement des déchets ........................................................................................................ 45
8 Analyse de résultats .................................................................................................................................. 46
8.1 Influence sur la production d’électricité ......................................................................................... 46
8.2 Reduction des GES ......................................................................................................................... 48
8.3 Influence sur le coût de traitement .................................................................................................. 51
8.4 Reduction de déchets déposés ......................................................................................................... 52
9 Conclusions .............................................................................................................................................. 53
10 Références ........................................................................................................................................... 54
11 Annexes ............................................................................................................................................... 58
vii
Liste des abréviations
ARCONEL : Agencia de Regulación y Control de Electricidad
CHP : Combined Heat and Power
CONELEC : Consejo Nacional de Electricidad
EMAC : Empresa Municipal de Aseo Cuenca
EPA : Environmental Protection Agency
FNR : Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
FODM : Fraction Organique Déchet Ménager
GES : Gaz à Effet de Serre
GHG : Greenhouse Gas
L.E.E. : Landwirtschaft, Energie, Emwelt
MAE : Ministerio de Ambiente y Agua del Ecuador
OLADE : Organización Latinoamericana de Energía
SENPLADES : Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo
viii
Liste de Tableaux
Tableau 1. Tarifs d’achat de l’unité d’électricité par source (CONELEC, 2014) ............................................. 5 Tableau 2. Production estimé de déchets dans la ville de Cuenca, année 2019 ................................................. 7 Tableau 3. Estimation de production des déchets organiques, année 2019 ....................................................... 8 Tableau 4. Matériels qui doivent être déposés dans chaque fraction des déchets pour la collecte d’après
l’entreprise EMAC ............................................................................................................................................. 8 Tableau 5. Distribution hebdomadaire de jours pour la collecte des déchets ménagers .................................... 9 Tableau 6. Production de déchets non recyclables déposés dans la décharge, année 2018 ............................... 9 Tableau 7. Estimation de déchets ménagers additionnels dans la décharge et ses fractions entre les années 2019
et 2031 .............................................................................................................................................................. 10 Tableau 8. Paramètres pour le calcul des émissions de méthane de la décharge, année 2019 ......................... 12 Tableau 9. Donnés pour le calcul des émissions d'après Lee et al. 2017 ......................................................... 14 Tableau 10. Rendement de production de biogaz à partir de différents types de matière organique (Achinas et
al. 2017) ............................................................................................................................................................ 17 Tableau 11. Principaux procédés utilisés pour la méthanisation de déchets, adapté de (Rapport et al. 2008)
(Harzevili and Hiligsmann, 2017) .................................................................................................................... 20 Tableau 12. Avantages et désavantages des systèmes de digestion anaérobie, adapté de (Mata-Alvarez, 2003)
.......................................................................................................................................................................... 26 Tableau 13. Procédés regroupes en fonction des critères de fonctionnement ................................................. 27 Tableau 14. Production estimée de déchets ménagers dans la ville de Cuenca, année 2019 ........................... 30 Tableau 15. Quantité de déchets organiques ménagers que valorise chaque scénario .................................... 30 Tableau 16. Paramètre pour le fonctionnement du procédé choisi .................................................................. 31 Tableau 17. Quantité de matière pour le démarrage du procédé de méthanisation ......................................... 32 Tableau 18. Dimensions pour un digesteur BEKON ....................................................................................... 32 Tableau 19. Volume du substrat pour le procédé de méthanisation ................................................................ 33 Tableau 20. Nombre de cycles par an réalisé pour un digesteur ..................................................................... 33 Tableau 21. Calcul du nombre de digesteurs pour traiter le substrat pendant 1 an ......................................... 33 Tableau 22. Compostage du digestat après le procédé de méthanisation ........................................................ 34 Tableau 23. Matière entrante pour procédé de compostage ............................................................................ 34 Tableau 24. Taille et fonctionnement d’un tunnel de compostage .................................................................. 35 Tableau 25. Calcul du nombre des tunnels de compostage ............................................................................. 35 Tableau 26. Dimensions et temps de fonctionnement d’un andain de maturation .......................................... 36 Tableau 27. Affinage du compost obtenu ........................................................................................................ 36 Tableau 28. Production estimée du biogaz et du méthane par digestion anaérobie ......................................... 37 Tableau 29. Énergie contenue dans le biogaz disponible ................................................................................ 38 Tableau 30. Consommation électrique pour l’installation de méthanisation ................................................... 39 Tableau 31. Bilan électrique pour l’installation de méthanisation .................................................................. 40 Tableau 32. Bilan thermique pour l’installation de méthanisation .................................................................. 40 Tableau 33. Sous-produits générés dans l’installation de méthanisation ........................................................ 41 Tableau 34. Coûts pour l’investissement de l’installation de méthanisation ................................................... 42 Tableau 35. Coûts pour l’annuité de l’installation de méthanisation............................................................... 42 Tableau 36. Électricité d’appoint achetée pour le fonctionnement de l’installation ........................................ 43 Tableau 37. Dépenses pour la maintenance de l’installation ........................................................................... 43 Tableau 38. Coût pour l’exploitation de l’installation de méthanisation ......................................................... 43 Tableau 39. Recettes pour le fonctionnement de l’installation ........................................................................ 44 Tableau 40. Coût de traitement des déchets par le procédé de méthanisation envisagé .................................. 45 Tableau 41. Emissions estimés de GES de la décharge dans chacun des scénarios ........................................ 48 Tableau 42. Emissions estimés de GES de l'installation de méthanisation dans chacun des scénarios ........... 48 Tableau 43. Estimation d'émission des GES dans chacun des scénarios pour le fonctionnement ensemble de la
décharge et de l'installation de méthanisation .................................................................................................. 49
ix
Liste de Figures Figure 1. Composition moyenne des déchets en Équateur (ENYA, 2015) ........................................................ 3 Figure 2. Sources de production d’électricité en Équateur (ARCONEL, 2018a) .............................................. 4 Figure 3. Localisation de la ville de Cuenca (Sobieraj, 2013) ........................................................................... 6 Figure 4. Température moyenne dans la ville de Cuenca (Pesántez, 2012) ...................................................... 6 Figure 5. Composition des déchets ménagers de la ville de Cuenca, année 2015 (Muñoz, 2016) .................... 7 Figure 6. Disposition finale de la fraction recyclable (a) et de la fraction non recyclable (b) ........................... 9 Figure 7. Schéma du processus de méthanisation (Harzevili and Hiligsmann, 2017) ..................................... 15 Figure 8. Schéma du procédé Waasa (Remy, 2018) ........................................................................................ 21 Figure 9. Schéma du procédé Valorga (Harzevili and Hiligsmann, 2017) ...................................................... 22 Figure 10. Schéma du procédé DRANCO (Remy, 2018) ................................................................................ 23 Figure 11. Schéma du procédé KOMPOGAS (Goswami and Kreith, 2007) ................................................... 24 Figure 12. Schéma du procédé BEKON (BEKON, 2018a) ............................................................................. 25 Figure 13. Schéma du démarrage du procédé de méthanisation ...................................................................... 31 Figure 14. Quantité de biogaz disponible pour le Scénario 1 .......................................................................... 37 Figure 15. Quantité de biogaz disponible pour le Scénario 2 .......................................................................... 38 Figure 16. Électricité produite pour chaque système dans chacun de scénarios .............................................. 46 Figure 17. Production électrique de la décharge et de l'installation de méthanisation par rapport à la demande
électrique de la ville ......................................................................................................................................... 47 Figure 18. Émissions totales des GES, émis pour l'installation de méthanisation et pour la décharge dans chacun
des scénarios ..................................................................................................................................................... 49 Figure 19. Changement sur le prix de traitement ............................................................................................. 51 Figure 20. Quantité de déchets cumulés dans la décharge entre les années 2019 et 2031 dans de différent
Scénarios .......................................................................................................................................................... 52
Liste d’Annexes
Annexe 1. Consignes pour les ménages pour la séparation de leurs déchets d'après l'entreprise EMAC ........ 58 Annexe 2. Bilan massique du procédé de méthanisation pour l’installation avec une capacité de 30 000
tonnes/an ........................................................................................................................................................... 59 Annexe 3. Bilan massique du procédé de méthanisation pour l’installation avec une capacité de 60 000
tonnes/an ........................................................................................................................................................... 60 Annexe 4. Localisation de la décharge de Cuenca et les centres habités les plus proches ............................... 61 Annexe 5. Calcul pour les estimations d'émissions des GES dans chacun des scénarios ................................ 62
x
Résume La gestion de déchets organiques ménagers basée sur le fonctionnement de décharges ne fait que les confiner
sous le sol, ce qui entraine de plusieurs impacts environnementaux comme l’utilisation de grandes surfaces de
sol, mais aussi le dégagement de polluants gazeux comme le méthane. Les décharges sont considérées comme
la deuxième source d’émission du méthane, lequel a une puissance de réchauffement climatique 25 fois plus
puissante que le dioxyde de carbone.
Les systèmes de captage dans les décharges peuvent récupérer que 60% du biogaz généré, tandis que les
technologies de procédés de digestion anaérobie produisent la dégradation de la matière organique dans de
conditions contrôlées, empêchent complètement l’échappement du biogaz vers l’atmosphère, produisent de
l’énergie et de sous-produit valables comme le compost.
Ce travail s’encadre sur le choix de la technologie de digestion anaérobie la plus adéquate pour la ville de
Cuenca où il est produit annuellement environ 67 421 tonnes de déchets organiques lesquels sont déposés
directement dans la décharge de la ville. Les principaux bénéfices qu’entrainerait le fonctionnement d’une
installation de méthanisation avec la valorisation de 30 000 tonnes de déchets sont la production 4.60 GWh/an
d’électricité et une réduction en 37% des émission des GES comme le méthane.
Mots clés : déchets organiques, digestion anaérobie, biogaz, gaz à effet de serre
Abstract The management of household organic waste based on the operation of landfills only confines it under the
ground, which leads to several environmental impacts such as the use of large areas of land, but also the release
of gaseous pollutants such as methane. Landfills are considered the second largest source of methane emissions,
which has a global warming potential 25 times more powerful than carbon dioxide.
Landfill capture systems can recover only up to 60% of the biogas produced, while anaerobic digestion process
technologies produce the degradation of organic matter under controlled conditions, avoids the emission of
biogas to the atmosphere, produce energy and valuable by-products such as compost.
This work is based on the choice of the most appropriate anaerobic digestion technology for the city of Cuenca,
where approximately 67.421 tonnes of organic waste are produced annually and deposited directly in the city’s
landfill. The main benefits that would result from the operation of an anaerobic digestion plant with the recovery
of 30.000 tonnes of waste are the production of 4.60 GWh/year of electricity and a 37% reduction in GHG
emissions such as methane.
Keywords: organic waste, anaerobic digestion, biogas, greenhouse gas
1
1 Introduction
Actuellement la planète traverse une étape critique avec les conditions de réchauffement climatique, fortement
liée aux émissions des gaz à effet de serre. Malgré les compromis adoptés en 2015 dans la Conférence de Climat
de Paris pour limiter l’élévation de la température en dessous de 2 °C, il existe d’évidences scientifiques qui
indiquent les températures moyennes atteignent déjà plus un dégrée d’augmentation à niveau préindustriel
(CLIMAT.BE, 2018).
Les principales causes du phénomène de réchauffement climatique sont les émissions du dioxyde de carbone ;
néanmoins, les émissions du méthane participent aussi dans cette problématique environnementale. Ce gaz
possède une puissance de réchauffement climatique 25 fois plus fort que celle du dioxyde de carbone (EPA,
2018). Le méthane est émis en grand quantités en activités comme l’extraction de combustibles fossiles (Global
Methane Initiative, 2011) et les activités agricoles ; mais, la gestion des déchets est aussi une source importante,
cette activité contribue entre 6 et 18% du méthane émit (Pierini and Ratto, 2015), soient la troisième source
d’émission de ce polluant gazeuse.
Les décharges sont une alternative rapide et économique appliqué pour les gouvernements pour la gestion de
leurs déchets ménagers ; néanmoins, leur fonctionnement entraine d’impacts environnementaux comme la
demande de larges surfaces de sol, la génération de grands volumes de lixiviats et les émissions de polluants
gazeux comme est le méthane. La principale cause de ses impacts, est le fait que la matière organique compose
une grande partie des déchets qui sont déposés dans les décharges, où les conditions de dégradation ne peuvent
pas être contrôlés, ce qui permet l’échappement du méthane vers l’atmosphère.
L’application du procédé de digestion anaérobie est une alternative pour la gestion des déchets ménagers étant
donné que les conditions de dégradation de la matière organique peuvent être contrôlés ce qui permet réduire
les impacts environnementaux issus aux émissions du méthane mais aussi de la production énergétique qui peut
être valorisé.
Objectif
L’objectif du présent travail d’études s’encadre en estimer la quantité du biogaz qui peut et la production
d’électricité qui peuvent être obtenus pour la valorisation de la fraction organique ménager (FODM) de la ville
de Cuenca. On partira d’une analyse des technologies de digestion anaérobie utilisé à l’échelle industrielle pour
la méthanisation de la FODM et on choisira celle qui s’adapterait le mieux au contexte de la ville. Les résultats
de cette analyse permettront d’identifier les bénéfices environnementaux et énergétiques issus au
fonctionnement d’une installation de méthanisation pour les déchets organiques ménagers.
Méthodologie
Le présent travail de fin d’études a été réalisé dans le cadre de mon stage dans la firme L.E.E. qui a donné de
recommandations basées sur leur expérience en projets similaires pour la valorisation énergétique de déchets
organiques.
Les données de production et composition des déchets utilisés correspondent à la dernière étude de
caractérisation réalisé pour la ville de Cuenca réalisé en 2015. Par recommandation de la firme L.E.E. les calculs
se basent sur l’utilisation d’une fraction des déchets générés dans la ville étant donné qu’il existe toujours de
limites techniques qui ne permettent pas la valorisation de tous les déchets d’une ville.
La méthodologie pour ce travail se base sur l’analyse des technologies de digestion anaérobie existantes
envisagés à l’application pour la gestion de déchets ménagers, cette analyse sera basée dans un cadre technique
et économique en prenant en compte le contexte de la ville de Cuenca. La sélection de la technologie sera en
fonction de celle qui puisse mieux s’adapter au contexte de la ville et au type des déchets organiques générés.
2
À partir de la sélection de la technologie il sera possible de calculer les produits à obtenir selon son procédé et
permettra dimensionner l’installation requis. L’analyse économique prendra en considération les coûts
d’investissement, les coûts d’exploitation et les revenus issus au fonctionnement d’une installation de digestion
anaérobie de tels dimensions.
L’analyse économique ne prend en compte les valeurs issues à la collecte et le transport des déchets étant donné
que le présent travail s’encadre dans l’objectif d’entrevoir un traitement alternatif de la FODM et à la fois
d’obtenir de valorises un sous-produit valable à niveau énergétique comme est l’éthane.
3
2 Contexte Équateur
2.1 Gestion de déchets
La gestion des déchets en Équateur a été toujours une problématique environnementale caractérisée par de
pratiques inadéquates comme la présence de décharges clandestins, l’incinération non-contrôlée et inclus par la
disposition des résidus dans de rivières (Lalvay and Vidal, 2013). Seulement 19% des déchets produits sont
déposés dans de décharges contrôlées (Solíz, 2015), tandis que le reste est encore déposé dans de zones non
autorisées sans de mesures adéquates, ce qui montre l’absence de contrôle de part des autorités, mais aussi d’un
manque de procédés alternatives pour améliorer le traitement des déchets.
Dans les pays de l’Amérique Latine, la matière organique compose entre 50 et 70% du total de leurs déchets
ménagers (Sáez and Urdaneta, 2014). L’Équateur produise environ 4 000 000 tonnes de déchets par an, dont
61% sont d’organiques (Figure 1). Seulement 28% des villes équatoriennes réalisent de procédés de traitement
pour ce type de déchets (Solíz, 2015), mais ces procédés gèrent seulement qu’une partie du total des organiques
produits, le reste n’est pas récupérée et est placé dans de décharges.
Figure 1. Composition moyenne des déchets en Équateur (ENYA, 2015)
De circonstances comme le pourcentage de matière organique présent dans déchets ménagers, le manque d’une
habitude de séparation à la source des déchets et un système de gestion basé sur le fonctionnement de décharges,
font estimer que l’Équateur a un potentiel d’émission du méthane. En 2012, ces émissions furent 11 724 tonnes
d’équivalent CO2, dont le 26% est provenu des décharges (MAE, 2016), quantité qui a fait partie des émissions
de gaz à effet de serre qui contribuent aux impacts environnementaux.
Dans les dernières années, il y a eu une amélioration dans la gestion des déchets en Équateur avec
l’implémentation de mécanismes pour diminuer l’impact liée au fonctionnement des décharges, ces mécanismes
se basent sur la récupération du biogaz produite dans les décharges. Actuellement, les villes de Cuenca et Quito
réalisent le captage et la valorisation énergétique du biogaz produit dans leurs décharges, cette valorisation
consiste en la combustion dans d’unités de cogénération pour la production d’électricité laquelle est injectée au
réseau national. Ces projets ont été conçus pour réduire les émissions du méthane provenant des décharges,
mais aussi comme une option de profiter le potentiel énergétique contenu dans ce gaz dégagé.
Organiques61%Plastique
11%
Papier et carton10%
Verre3%
Métal2%
Autres13%
4
Le captage du biogaz dans ces deux décharges permet de réduire les émissions de méthane ; toutefois, comme
remarque (Abbasi, Tauseef, & Abbasi, 2012) ce type de procédé présente de limites techniques qui ne rendent
possible de récupérer qu’environ 60 % du biogaz produit, tandis que le pourcentage restant continue à
s’échapper vers l’atmosphère. La digestion anaérobie se déroule dans de conditions contrôlées à l’intérieur d’un
digesteur ce qui empêche l’échappement du gaz et permet de capter le sous-produit comme est le biogaz lequel
peut être valorisé pour la production d’électricité.
Des études telles que celles réalisés par (Orbe, 2016) et (Lalvay and Vidal, 2013) analysent le potentiel du
procédé de digestion anaérobie des déchets organiques ménagers dans deux villes en Équateur qui possèdent
déjà une gestion sélective d’une partie des leurs déchets. Ces études soulignent les bénéfices environnementaux
et l’apport à la matrice énergétique qu’amènerait une installation de digestion anaérobie pour la production
d’électricité à partir du biogaz.
2.2 Electricité en Équateur
En Amérique Latine, environ 55% de l’électricité produite provienne d’énergies renouvelables (Oxilia, 2012),
dans certains pays de la même région cette participation dépasse le 95% de leur matrice énergétique (OLADE,
2018).
En 2017, la production d’électricité en Équateur était de 28 032 GWh/an, dont 74% est provenu d’énergies
renouvelables, tandis que le 26% restante fut produite à partir de centrales thermiques qu’utilisent de
combustibles fossiles (Figure 2). La fraction d’énergies renouvelables est comprise par de centrales
hydroélectriques, d’éoliennes, de photovoltaïques, de la biomasse et du biogaz ; dont la filière hydroélectrique
a la participation la plus grande. Dans la même année, les hydroélectriques ont produit 20 000 GWh/an,
l’équivalent au 72% de l’électricité produite.
Figure 2. Sources de production d’électricité en Équateur (ARCONEL, 2018a)
La production d’électricité à partir du biogaz se base sur la combustion par cogénération du méthane produit
dans les décharges municipales des villes de Quito et Cuenca ; la puissance totale installée des deux villes est
de 7.26 MW et apporte 28 GWh/an, desquels 3.55 GWh/an sont produits dans la décharge de Cuenca
(ARCONEL, 2018a).
Renouvelables74%
Non Renouvelables
26%
5
Entre ses objectifs pour développer une matrice énergétique plus durable, l’Équateur prévoit qu’en 2021, 90%
de la production d’électricité soit à partir de sources renouvelables (SENPLADES, 2017). Le gouvernement a
émis la réglementation No. CONELEC 001/13 (CONELEC, 2014) laquelle fixe les conditions pour la
commercialisation d’électricité produite à partir de différentes technologies d’énergie renouvelable ; ce
document législatif donne de bases pour le développement de projets énergétiques renouvelables. Le Tableau
1 résume les tarifs en vigueur, depuis l’année 2014, pour l’achat d’électricité produite par les types
d’installations encodés dans le document en mention.
Tableau 1. Tarifs d’achat de l’unité d’électricité par source (CONELEC, 2014)
Type de centrale Tarif
¢€ / kWh
Marémotrice 39.40
PV 35.23
Géothermique 11.62
Biomasse 8.51
Eolienne 8.03
Biogaz 6.44
Hydroélectrique < 30 MW 5.79
Hydroélectrique 30 > P < 50 MW 5.46
Parmi les définitions des filières d’énergie renouvelables, la réglementation No. CONELEC 001/13 inclut celle
du biogaz, laquelle est défini comme le combustible gazeux obtenu à partir de la dégradation anaérobie de la
matière organique. En conséquence, les technologies pour la digestion anaérobie de déchets ménagers entrent
dans le contexte de centrales électriques basés sur d’énergies renouvelables.
6
3 Contexte local
3.1 Généralités
Cuenca est une ville avec une surface de 72 km2, localisé à 2 600 mètres d’altitude au sud de la région
montagneuse l’Équateur. En 2015, la population de cette ville est estimée en 580 706 habitants (Muñoz, 2016).
Elle est considérée comme la troisième la ville la plus importante du pays en fonction de ses activités
économiques et sa population.
Figure 3. Localisation de la ville de Cuenca (Sobieraj, 2013)
Par la position du pays dans la zone équatoriale, la ville a de températures régulières et quasiment stables
pendant l’année, la température moyenne se situe entre 14 et 17 °C (Figure 4).
Figure 4. Température moyenne dans la ville de Cuenca (Pesántez, 2012)
12,00
13,00
14,00
15,00
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
°C
7
3.2 Production et composition des déchets
La dernière étude de caractérisation mené par l’Universidad Católica de Cuenca estime que la production per
capita des déchets ménagers est de 0.494 kg/hab*jour (Muñoz, 2016). Basé sur un taux de croissance
démographique de 1.96% (EL TIEMPO, 2019) et la population en 2015, on peut estimer que la production
actuelle de déchets ménagers est de 113 161 tonnes/an (Tableau 2).
Tableau 2. Production estimé de déchets dans la ville de Cuenca, année 2019
Production de déchets ménagers Quantité
Population 627 589 habitants
Production per capita 0.494 kg/hab*jour
Production de déchets 310 tonnes/jour
Production de déchets 113 161 tonnes/an
Comme indiqué dans le Chapitre 2, en Équateur les déchets organiques composent 61% des déchets ménagers.
Dans la ville de Cuenca, cette composition est similaire, la Figure 5 montre que la matière organique compose
64% des déchets produits dans la ville.
Figure 5. Composition des déchets ménagers de la ville de Cuenca, année 2015 (Muñoz, 2016)
Basées sur la quantité de déchets générés (Tableau 2), et la teneur de matière organique égale à 65%, on peut
estimer que la quantité de déchets organiques ménagers produits dans la ville de Cuenca en 2018 était égale à
72 140 tonnes.
Fraction Organique65%
Déchets toilette10%
Plastique recyclable7%
Papier et carton6%
Plastique non recyclable
3%
Verre2%
Tetra Brik2%
Metal1%
Autres4%
8
Tableau 3. Estimation de production des déchets organiques, année 2019
Production de déchets organiques Quantité
Production de déchets ménagers 113 161 tonnes
Pourcentage de matière organique 65 %
Production de déchets organiques 73 554 tonnes
Compte tenu, que l’étude de caractérisation des déchets de la ville ne contienne pas d’information concernant
aux caractéristiques de la FODM et qu’il n’existe pas d’études empiriques qui ont analysé cette fraction des
déchets de Cuenca, on prend en compte le critère de Tchobanoglous and Kreith (2002) lequel indique que la
teneur en matière sèche pour ce type de déchets est de 31%.
3.3 Collecte et gestion des déchets
La collecte et la gestion des déchets de la ville de Cuenca est réalisée par l’Entreprise Municipale
d’Assainissement de Cuenca (EMAC, selon les initiales en espagnol), laquelle est une entreprise publique qui
a été créée en 1998 avec de l’autonomie juridique et économique.
Par disposition d’une ordonnance municipale, chaque ménage doit réaliser la séparation de leurs déchets à la
source en concordance au système de collecte réalisé par l’entreprise EMAC (Annexe 1), laquelle consiste en
séparer les déchets en deux fractions : fraction recyclable et fraction non recyclable. Les matériels considérés
comme recyclables sont déposés dans un sac de couleur bleue, tandis que les matériels non recyclables sont mis
dans de sacs plastiques de couleur noire.
Le détail des matériels dans chacun de ces deux fractions sont indiqués dans le Tableau 4.
Tableau 4. Matériels qui doivent être déposés dans chaque fraction des déchets pour la collecte d’après l’entreprise EMAC
Source : EMAC, n.d.
Fraction Matériel
Recyclable
• Plastique recyclable
• Papier et carton
• Verre
• Tetra Brik
• Métal
Non Recyclable
• Fraction Organique
• Déchets de toilette
• Plastique non recyclable
• Autres
La collecte et le transport des déchets est réalisé sur la modalité de porte-à-porte dans trois jours de la semaine
avec le fonctionnement des camions à ordures de l’entreprise EMAC. La fraction non recyclable est collectée
pendant les trois jours du service de collecte, tandis que la fraction recyclable est collectée le deuxième jour
dans le même camion avec la fraction non recyclable (Tableau 5).
9
Tableau 5. Distribution hebdomadaire de jours pour la collecte des déchets ménagers
Source : EMAC, n.d.
Jour de collecte Fraction collectée
Jour 1 • Non recyclables
Jour 2 • Non recyclables
• Recyclables
Jour 3 • Non recyclables
Les camions suivent une route de collecte déjà établi et transportent les déchets vers le site où se trouve la
décharge de la ville. Les sacs avec la fraction recyclable sont déposés dans un hangar où d’ouvriers réalisent le
triage manuel de chaque matériel qui sera après commercialisé dans de centres de recyclage (Figure 6-a). La
fraction non recyclable est pesée et versé directement dans la décharge sans aucun type de triage ou de
prétraitement (Figure 6-b).
(a)
(b)
Figure 6. Disposition finale de la fraction recyclable (a) et de la fraction non recyclable (b)
Basés sur le système de gestion que réalisé l’entreprise EMAC (Tableau 4) et la composition des déchets (Figure
5), on peut estimer la quantité des déchets non recyclables qui ont été déposés dans la décharge dans l’année
2018, comme indique le tableau ci-dessous
Tableau 6. Production de déchets non recyclables déposés dans la décharge, année 2018
Production de déchets Valeur
Production de déchets ménagers 110 985 tonnes
Pourcentage non recyclable 82 %
Déchets déposés dans la décharge 91 008 tonnes
10
3.4 Décharge de la ville de Cuenca
La décharge municipale est localisée à 21 km de distance de la zone urbaine de la ville de Cuenca, et occupe
une surface d’environ 123 hectares. Les déchets non recyclables sont déposés directement dans la décharge,
après une pelle mécanique et un tracteur type bulldozer font la distribution et la compaction des déchets,
finalement les déchets sont couverts avec de la terre type argileuse. Ce site d’enfouissement a été mis en
fonctionnement en 2001 avec une de durée de vie prévu de 30 ans (Conto and Tipan, 2018) ; ainsi, il est estimé
que la décharge continue à recevoir de déchets jusqu’à l’année 2031.
Compte tenu les données des déchets comme leur production per capita des déchets, leur composition et leur
système de gestion, et aussi le taux de croissance démographique, on peut estimer les quantités des deux
fractions de déchets qui seraient produits entre les années 2019 et 2031 (Tableau 7).
Tableau 7. Estimation de déchets ménagers additionnels dans la décharge et ses fractions entre les années 2019 et 2031
Année
Production de
déchets
Fraction
recyclable
Fraction non
recyclable
Cumulé dans la
décharge
(tonnes/an) (tonnes/an) (tonnes/an) (tonnes)
2019 113 161 20 369 92 792 92 792
2020 115 379 20 768 94 610 187 402
2021 117 640 21 175 96 465 283 867
2022 119 946 21 590 98 356 382 223
2023 122 297 22 013 100 283 482 506
2024 124 694 22 445 102 249 584 755
2025 127 138 22 885 104 253 689 008
2026 129 630 23 333 106 296 795 304
2027 132 170 23 791 108 380 903 684
2028 134 761 24 257 110 504 1 014 187
2029 137 402 24 732 112 670 1 126 857
2030 140 095 25 217 114 878 1 241 735
2031 142 841 25 711 117 130 1 358 865
3.5 Tarif de collecte et gestion
Il existe un accord institutionnel entre l’entreprise EMAC et l’entreprise qui réalise la distribution de l’électricité
dans la ville, pour que chaque ménage réalise le paiement du service de collecte et gestion des déchets à travers
de la facture du service d’électricité.
Les frais que paye mensuellement chaque ménage pour la collecte de ses déchets ne sont pas basés sur le nombre
de personnes qui composent le ménage ou la quantité de déchets générés ; ces frais sont calculés en fonction
d’une formule développé par l’entreprise EMAC. Cette formule prend en compte de différents variables issus
au fonctionnement de l’entreprise mais aussi prend en compte la consommation électrique du ménage ; ainsi,
plus de consommation d’électricité par le ménage, plus est le frais mensuel payé pour le service a collecte et la
gestion des déchets.
11
3.6 Coûts pour l’entreprise
Pour l’entreprise EMAC, le coût issu à la collecte et transport des déchet ménagers vers la décharge est de 44
€/tonne (P. Crespo, communication personnelle, 22 novembre 2018), le détail des items qui composent ce coût
ne sont pas indiqués par l’entreprise et il n’existe pas de l’information secondaire qui indique ce détail.
Le coût pour la mise et l’arrangement des déchets dans la décharge de Cuenca est de 15 € par tonne (Barrera
and Otacoma, 2017). Ce coût n’inclut pas les montants liés à la construction ni à l’investissement de ce site
d’enfouissement.
3.7 Lixiviat
Les lixiviats sont de liquides résiduels inhérents au fonctionnement des décharges, ces sous-produits sont issus
de la décomposition des déchets stockés. S’il n’est pas conçu un système pour leur captage, ces résidus liquides
peuvent provoquer de problèmes de pollution dans la zone où se trouve la décharge.
La base de la décharge de Cuenca, est imperméabilisée avec une membrane plastique de polyéthylène. Un
système de canalisation avec du pente, draine les lixiviats vers deux bassins localisés à côté de la décharge où
ils sont stockés temporellement jusqu’à l’arrivée d’un camion-citerne qui transporte les lixiviats vers la station
d’épuration des eaux usées de la ville. La génération moyenne de lixiviats dans la décharge est d’environ 100
m3 par jour (Inga and Romero, 2011).
3.8 Captation du gaz
En 2007, il était réalisé une étude d’avant faisabilité pour le captage du biogaz qui est produit dans la décharge
pour sa valorisation énergétique. Les résultats de l’étude ont estimé que la production du biogaz à partir des
déchets stockés serait jusqu’à l’année 2045 avec un taux maximal de production de 2 246 m3/h pour l’année
2022 (Eastern Research Group and Carbon Trade, 2007).
Actuellement il existe déjà une installation pour la valorisation énergétique du méthane produit dans la décharge
de Cuenca, cette installation consiste en 23 puits qui captent le biogaz des zones fermées de la décharge, ensuite
il est conduit vers un système d’épuration et condensation avant de sa combustion dans un moteur de
combustion (Conto and Tipan, 2018). Cette installation a une puissance de 1MW, et a été mis en opération en
2017 avec une production électrique de 3.55 GWh/an (ARCONEL, 2018a) qui été injectée au réseau national.
Un consortium entre l’entreprise EMAC et l’entreprise néerlandaise BGP Engineers, gère la production et la
vente de l’électricité à partir du biogaz récupéré de la décharge.
3.9 Emissions de GES dans la décharge
Il n’existe pas un système de mesure périodique des émissions de GES provenant de la décharge, l’information
disponible dans ce domaine se base sur d’estimation réalises par d’études de thèse qui utilisent de modélisations
basées sur de fichier Excel. Les calculs ici réalisés sont d’estimation pour calculer la quantité potentiel du
méthane qui peut être dégagé pour le fonctionnement de la décharge.
Pour évaluer cette réduction on utilise la méthode « Default model – Tier 1 » indiqué dans le document
développé par le GIEC (IPCC, 2000), cette méthode permet d’estimer les émissions du méthane issus aux
déchets pendant une année. L’équation utilisée pour réaliser le calcul est comme indiqué suivant :
É𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑑𝑒 𝑚é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 = [(𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0) − (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0 × 𝑅)] × (1 − 𝑂𝑋)
12
Où
Émissions de méthane = est la quantité de méthane émis pour l’année spécifique (Gg1/an)
MSWT = est la quantité générée de déchets pour l’année spécifique (Gg/an)
MSWF = est la fraction de déchets déposée dans la décharge
L0 = potentiel de production du méthane (Gg CH4/Gg de déchet)
R = la fraction captée du méthane (Gg/an)
OX = le facteur d’oxydation
Pour le calcul, on part du cas du scénario actuel de la décharge de Cuenca, dont les données sont indiquées dans
le Tableau 8.
Tableau 8. Paramètres pour le calcul des émissions de méthane de la décharge, année 2019
Paramètre Valeur Explication Référence
MSWT 113 161
C’est la quantité totale de déchets ménagers projeté pour l’année
2019 basé sur la production de déchets per capita et le taux de
croissance démographique.
Tableau 7
MSWF 0.82
C’est égal à la division entre 92 792 Gg et 113 161 Gg, qui
correspondent à la quantité de déchets qui seraient déposés dans
la décharge et la quantité totale produite respectivement.
Tableau 7
L0 87
On utilise la valeur issue aux résultats de mesures réalisées dans
l’année 2007 comme procédé de l’étude de faisabilité pour le
projet de captage du biogaz de la décharge
(Siliezar and
Urquizo, 2009)
R 0.6 C’est la valeur recommandée en fonction des systèmes de
captage du biogaz existantes dans les décharges en Équateur.
(Siliezar and
Urquizo, 2009)
OX 0.36
Par la méthode recommande la valeur par défaut de 0.1, mais on
utilise la valeur de 0.36 aussi utilisé par Lee et al. (2017), étant
donné que c’est une valeur moyenne basé sur une série de
mesures réalisés dans des autres décharges.
Lee et al. 2017
En remplaçant les valeurs dans la formule on obtient une valeur de 2 066 657 m3 de CH4, qu’avec une densité
de 0.668 kg/m3 donne est égal à 1 381 tonnes de CH4. Compte tenu que le méthane a un potentiel de
réchauffement global 25 fois2 plus puissant que le dioxyde de carbone on obtienne une équivalence de 34 513
tonnes CO2 qui sont émis de la décharge comme résultat de la fraction du méthane qui n’est pas récupéré pour
le système de captage.
Comme remarque Lee et al. (2017), les émissions de GES issues aux déchets dans les décharges comprennent
aussi d’autres components comme sont : (1) les émissions du CO2 par la combustion du méthane capté, (2) les
émissions du CO2 par oxydation du méthane qui n’est pas récupéré par le système de captage, et (3) les
émissions du CO2 produit par la dégradation de des déchets.
Pour le calcul des autres fractions des GES émis de la décharge, on se base sur l’équation auparavant utilisée,
en considérant que le biogaz produit dans la décharge a une teneur en méthane du 50% (IPCC, 2000).
1 1 Gg = tonne métrique, compte tenu que les valeurs dans le rapport de caractérisation de déchets de la ville de Cuenca
sont exprimées en kg 2 Une tonne de méthane a une puissance de réchauffement équivalent à 25 tonnes de CO2 (EPA, 2018)
13
Emissions de la combustion du méthane
La quantité de méthane récupéré para le système de captage peut être calculé par :
É𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑑𝑒 𝑚é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 = [(𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0) − (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0 × 𝑅)] × (1 − 𝑂𝑋)
𝑀é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 𝑟é𝑐𝑢𝑝é𝑟é = (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0 × 𝑅)
On calcule une quantité de 2 071 tonnes de méthane récupéré. Ce méthane capté est brûlé dans le moteur de
combustion pour la production d’électricité comme réalisé actuellement dans la décharge. On prend en compte
le facteur d’émission de CO2 de 2.75 pour l’oxydation de chaque unité de méthane (Engineeringtoolbox.com.
2019) et on considère un rendement du moteur de 35%. Ainsi la combustion du méthane capté émet une quantité
de 5 695 tonnes de CO2.
Emissions du méthane oxydé
Pour le calcul de la fraction du méthane qui oxyde
𝑀é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 𝑜𝑥𝑦𝑑é = [(𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0) − (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0 × 𝑅)] × (1 − 𝑂𝑋)
𝑀é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 𝑜𝑥𝑦𝑑é = [(𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0) − (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0 × 𝑅)] × (𝑂𝑋)
𝑀é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 𝑜𝑥𝑦𝑑é = [(113 161 × 0.82 × 87) − (113 161 × 0.82 × 87 × 0.6)] × (0.36)
On calcule que 777 tonnes de méthane oxydent dans la décharge, en considérant le même facteur d’émission
de 2.75 pour l’oxydation du méthane, on obtient une quantité de 2 136 tonnes de CO2 qui sont émis par
oxydation du méthane.
Emission du méthane par décomposition des déchets
La décomposition de la FODM dans la décharge produise du biogaz, dont 50% de son volume est du méthane
et le 50% restante est du CO2. Ainsi, en calculant la quantité du méthane qui est formé par la décomposition de
la matière on calcule aussi quantité du CO2
É𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑑𝑒 𝑚é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 = [(𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0) − (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0 × 𝑅)] × (1 − 𝑂𝑋)
É𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑑𝑒 𝑚é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 = [(𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0) − (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0 × 𝑅)] × (1 − 𝑂𝑋)
𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑢 𝑚é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑒 = (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0)
Ce qui peut être interprété comme
𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑢 𝐶𝑂2 = (𝑀𝑆𝑊𝑇 × 𝑀𝑆𝑊𝐹 × 𝐿0)
La quantité du dioxyde de carbone produite para la décomposition de la FODM dans la décharge est égale à 8
072 881 m3, lesquels avec une densité de 1.98 est égale à 15 984 tonnes du CO2.
14
En conséquence, la quantité estimée des GES qui seraient émis pour le stockage de 113 161 tonnes de déchets
ménagers dans la décharge de Cuenca en 2019 est égale à 58 328 tonnes de CO2.
Lee et al. (2017) ont calculé un facteur d’émission de 2 708 kg CO2 équivalent pour chaque tonne de déchet
organique sec déposé dans la décharge ; dans cette étude, les auteurs ont pris en compte les émissions des GES
de l’ensemble du fonctionnement de la décharge. Dans le tableau 9 on prend ce facteur de référence pour
calculer les émissions des GES de pour le même période dans la décharge de Cuenca ; on obtient une valeur
d’émission de 61 747 tonnes d’équivalent, près à la valeur auparavant calculée.
Tableau 9. Donnés pour le calcul des émissions d'après Lee et al. 2017
Paramètre Valeur Référence
Production de déchets ménagers 113 161 Tonnes Tableau 3
Teneur en organiques 65 % Tableau 3
FODM 73 554 tonnes
Teneur en matière sèche 31 % (Tchobanoglous and Kreith,
2002)
FODM sèche 22 066 Tonnes
Facteur d’émission 2 708 kg CO2/tonne FODM sèche Lee at al. 2017
Émissions totales 61 747 Tonnes CO2 é
3.10 Production du compost
L’entreprise EMAC réalise aussi la collecte et la gestion des déchets organiques générés dans les marchés
municipaux de la ville de Cuenca, ces déchets reçoivent une gestion différente à celle réalisée aux déchets
ménagers. Les véhicules et les coûts liés à ce procédé sont indépendants à ceux qui sont appliqués pour les
déchets ménagers.
Ces déchets des marchés sont transportés dans de bennes à ordures vers un centre de compostage localisé hors
du site de la décharge. Le procédé de compostage est réalisé de façon manuelle par intervention des ouvriers de
la même entreprise EMAC. Le compost produit est commercialisé à la population de la ville de Cuenca, et son
prix de vente est de 101 € par tonne de compost (Barrera and Otacoma, 2017).
15
4 Digestion anaérobie
4.1 Mécanismes
La digestion anaérobie, aussi appelé méthanisation, est un processus qui transforme la matière organique en
biogaz et en digestat. Cette transformation se déroule à l’intérieur d’un digesteur en absence de l’oxygène et
par action de bactéries anaérobies. La méthanisation comprend de quatre étapes séquentielles (Figure 7) dont
les produits de chacun servent comme du substrat pour l’étape subséquente ; ces étapes sont : l’hydrolyse,
l’acidogenèse, l’acétogenèse et la méthanogenèse.
La première étape est l’hydrolyse. Ici les polymères qui component la matière initiale se fragmentent en
composants plus simples appelés monomères, ces composants sont tels comme des acides gras simples, des
aminoacides et de sucres, des acides aminés.
L’étape suivante est l’acidogenèse, dans laquelle de bactéries acidogènes utilisent les monomères produits dans
la première étape et les transforment en acides volatile organiques et en alcools.
Dans l’acétonogenèse intervienne l’action de bactéries, qui utilisent les acides et les alcools de l’étape précédent
pour les transformer en acide acétiques, en hydrogène et en dioxyde du carbone.
La dernière étape est la méthanogenèse dans laquelle se produisent les produits finaux qui composent le biogaz.
Pendant cette transformation interviennent deux groupes de bactéries, sont les bactéries méthanogènes
acétoclastes et les bactéries méthanogènes hydrogénoptrophes. Ces bactéries transforment les produits
intermédiaires en méthane, en dioxyde de carbone, et en traces du soufre.
Figure 7. Schéma du processus de méthanisation (Harzevili and Hiligsmann, 2017)
16
L’autre sous-produit issu de la méthanisation est le digestat, lequel comprenne de la matière organique qui ne
peut pas se dégrader par action des bactéries anaérobies. La composition de ce produit solide dépend de la
composition matière organique utilisé comme substrat (Mata-Alvarez, 2003).
4.2 Paramètres
Le principal facteur pour le déroulement de la méthanisation est l’absence de l’oxygène, mais il existe d’autres
paramètres qui détermineront la performance de ce processus et par conséquence la quantité de biogaz qui peut
être produit.
4.2.1 Température
La température est l’un des paramètres les plus importantes parce qu’elle influence directement sur la cinétique
chimique de la dégradation de la matière organique. Les bactéries issues de la formation du méthane peuvent
se développer entre les 10 et les 65°C (Abbasi and Tauseef, 2012). Généralement, la digestion anaérobie des
déchets organiques se déroule dans deux plages de température : le rang thermophile et le rang mésophile (Mata-
Alvarez, 2003).
La plage mésophile se déroule dans de températures entre 35 et 40 °C. Cette plage de température est utilisée
dans la plupart de processus de digestion anaérobie (Harzevili and Hiligsmann, 2017) parce qu’elle dépense
moins d’énergie pour le fonctionnement du digesteur et donne de conditions plus stables qui peuvent être
contrôlées. Ici, la production du biogaz se déroule à de vitesses modérées.
La plage thermophile comprend de températures entre 50 et 55°C, dans lesquelles l’activité de bactéries
augmente et mène une formation plus vite du méthane. Cette plage est utilisée plus souvent pour la digestion
anaérobie des déchets ménagers (Mata-Alvarez, 2003), parce que ces températures aident à l’inactivation de
pathogènes et parce qu’il y a une production plus rapide de biogaz. Néanmoins, les bactéries du processus de
méthanisation sont plus sensibles aux changements hors de ce rang de température, cela demande un contrôle
plus strict pour maintenir ces conditions.
4.2.2 Taille particules
La matière organique possède de formes très hétérogènes et pourtant la taille de ses particules est aussi variée,
cette taille affecte au déroulement du processus de méthanisation.
De tailles trop grandes rendent plus difficile la fragmentation de la matière organique dans l’étape de l’hydrolyse
ce qui ralentisse le développement des étapes subséquentes. Une taille minimale donne aux particules une
surface spécifique plus adéquate pour l’action des bactéries lors de la transformation de la matière organique
(Harzevili and Hiligsmann, 2017).
Il n’existe pas de taille spécifique pour les particules lors le procédé de digestion anaérobie parce celle-ci dépend
directement des conditions de fonctionnement du digesteur utilisé ; sur base de références des technologies
existantes, cette taille est comprise entre 15 et 40 mm. (Abbasi and Tauseef, 2012).
4.2.3 Teneur en matière sèche
La teneur en matière sèche est aussi interprétée comme l’inverse à l’humidité, cela est défini par les
caractéristiques de la matière organique utilisé comme substrat. Ce paramètre détermine le type de technologie
à utiliser pour réaliser la digestion anaérobie. La matière organique ayant une teneur jusqu’à 10% est considérée
comme de la biomasse humide, tandis celle qui présente une teneur entre 10 et 50% est considérée comme de
la biomasse sèche (Harzevili and Hiligsmann, 2017).
La présence de l’eau permet un meilleur flux du substrat dans le digesteur et aussi mène la dilution des
nutriments ce qui favorise leur disponibilité pour les bactéries pendant le procédé de méthanisation (Harzevili
17
and Hiligsmann, 2017). Mais ce De références comme (Beevi et al. 2013), lesquelles analysent la digestion
anaérobie de déchets ménagers, indiquent que la production de biogaz augmente tant que la teneur en matière
sèche diminue.
4.2.4 Taux de charge et temps de séjour
Ces sont deux paramètres qui sont toujours analysés ensemble étant donné leur corrélation. Le taux de charge
indique la quantité du substrat qu’est introduit dans le digesteur par unité de temps. Le temps de séjour indique
le temps que la matière organique reste à l’intérieur du digesteur.
Le nombre de bactéries issus au processus de méthanisation commence à doubler environ 10 jours après
l’introduction du substrat dans le digesteur (FNR, 2013), cela indique que la matière organique doit rester un
minimum de temps à l’intérieur du digesteur pour permettre la formation du méthane, sinon il risque de
perturber l’activité des bactéries et de réduire la production du biogaz. Généralement, le temps de séjour varie
entre 10 et 40 jours, ce dépend des caractéristiques et de la composition du substrat, mais aussi de la technologie
utilisée pour le procédé de méthanisation.
Si le substrat demande beaucoup de temps pour se dégrader, la quantité de matière qui est introduite dans le
digesteur chaque jour se réduise. Dans l’autre sens, du substrat avec un temps de séjour court, le taux de charge
augmente, ce permet d’introduire dans le digesteur plus de matière organique par jour.
4.2.5 Type du substrat
Bien que la plupart de matières organiques soient capables de se dégrader et de produire du méthane, de certains
possèdent plus de potentiel que par rapport à des autres. La composition du substrat va définir la quantité de
biogaz qui peut être produite par action des bactéries anaérobies.
La biomasse lignocellulosique peut se dégrader et former du méthane, mais la vitesse à laquelle se produise sa
décomposition est lente en raison de la configuration de ses molécules, lesquelles sont plus résistantes à l’action
des bactéries (Mata-Alvarez, 2003). La matière grasse contienne plus de molécules de carbone et d’hydrogène
qui peuvent produire du biogaz avec une teneur plus riche en méthane, ce type de substrat demande aussi de
long temps de séjour pour sa dégradation (FNR, 2010).
Les résidus d’origine animale peuvent aussi produire du biogaz mais leur potentiel est limité étant donné qu’ils
contiennent plus d’azote que par rapport à des autres types de biomasse utilisées, une teneur élevée de cet
élément perturbe l’activité de bactéries pendant la digestion anaérobie et diminue la formation du biogaz
(Abbasi, Tauseef, & Abbasi, 2012).
Tableau 10. Rendement de production de biogaz à partir de différents types de matière organique (Achinas et al. 2017)
Substrat Production de biogaz
(m3/tonne)
Matière graisse 826 – 1 000
Déchets alimentaires 110
Fumier de cheval 56
Maïs 200 - 220
Déchets ménager 102
Boues d'épuration 47
18
4.3 Méthanisation de déchets ménagers
Le procédé de la méthanisation est inclus dans les systèmes de gestion des déchets ménagers pour utiliser sa
teneur en matière organique comme substrat pour la production de biogaz, cela favorise à diminuer la quantité
de déchets qui sont déposes dans les décharges. Selon Wellinger, Murphy & Baxter (2013), la digestion
anaérobie semble comme le procédé le plus approprié pour le traitement des déchets organiques ménagers. Les
mécanismes et les conditions qui se déroulent dans la méthanisation inhibent l’activité de pathogènes présents
dans les déchets, ce qui réduise le risque de contamination du sous-produit solide comme est le digestat.
La méthanisation de déchets organiques ménagers peut produire entre 100 et 150 m3 de biogaz par tonne de ce
type de substrat (Mata-Alvarez, 2003). Comme ce procédé se déroule dans d’installations fermées, le méthane
n’échappe pas vers l’atmosphère, ce qui favorise son captage et son application pour la production d’énergie.
L’utilisation de déchets organiques dans la digestion anaérobie ne provoque pas de la concurrence pour la terre
comme le cas des cultures énergétiques (Wellinger, Murphy & Baxter, 2013).
La performance du triage et de la collecte influence sur les caractéristiques de ce type de déchets ; si ces activités
ne sont pas adéquates, le substrat peut contenir beaucoup de matière inorganique laquelle ne se dégrade pas
pendant la méthanisation et réduise la production de biogaz (Wellinger, Murphy & Baxter, 2013).
19
5 Systèmes de méthanisation et technologies
Comme indiqué auparavant, il existe de paramètres qui influencent la digestion anaérobie ce qui donne lieu à
l’apparition de plusieurs configurations possibles dans lesquelles le processus de digestion anaérobie peut se
développer. Néanmoins, sont deux critères les plus importants sur lesquels se base la classification du processus
de digestion anaérobie : la teneur en matière sèche et le mode de fonctionnement du digesteur.
5.1 Selon la teneur en matière sèche
Le système de digestion anaérobie sont classifiées en se basant sur la matière sèche présente dans la matière
organique utilisé comme substrat. Ces systèmes peuvent être humides ou sèches.
Systèmes humides
Sont de systèmes qu’utilisent de substrats avec une teneur en matière sèche entre 2 et 12% (Wellinger, Murphy
& Baxter, 2013), ce qui donne à eux une consistance liquide et homogène. La biomasse utilisée avec tels
caractéristiques sont les eaux usées et les lisiers. Il est possible d’utiliser de la biomasse avec une teneur de 15%
ou plus (Harzevili and Hiligsmann, 2017), mais il demanderait de l’ajout de l’eau pour ajuster cette teneur aux
conditions pour le fonctionnement du digesteur.
Dans ce type de systèmes, le prétraitement est strict pour éviter de perturbations à l’entrée du substrat dans le
digesteur, mais aussi pour assurer le bon fonctionnement de l’équipement pendant le procédé.
Systèmes secs
La biomasse utilisée dans ce type de systèmes possède une teneur en matière sèche entre 15% et 40%, dans
quelques cas cette teneur peut être de 50% (Mata-Alvarez, 2003). Dans ces conditions, la biomasse ne demande
pas un prétraitement très strict, ceci se base sur la séparation des particules avec un diamètre de plus de 40 mm
(Mata-Alvarez, 2003).
La taille des digesteurs utilisés dans ces systèmes est plus réduite que celle utilisé pour les systèmes humides
étant donné une mineure volume du substrat. Le procédé de méthanisation dans ce type de systèmes demande
moins de consommation d’énergie thermique étant donné qu’il y a moins de présence de l’eau dans le substrat
(Lima, 2010).
5.2 Selon le fonctionnement du digesteur
Les systèmes peuvent se classifier en fonction du mouvement du substrat pendant le procédé de méthanisation,
autrement dit la façon dont la matière organique est introduite au digesteur. Ils sont les systèmes continus et les
systèmes discontinus.
Continus
Dans ce type de systèmes l’introduction de la matière se réalise de façon continue ; ainsi, pour chaque quantité
de matière entrante une fraction avec le même volume sort du digesteur.
Il faut un prétraitement de la biomasse pour l’adapter aux conditions de fonctionnement du réacteur (Lima,
2010). Ce prétraitement du substrat consiste en ajuster la taille de ses particules et en enlever de matériels
inorganiques pour assurer son mouvement au cours de la méthanisation. Le prétraitement est réalisé avec
l’utilisation d’équipements comme de broyeurs et de mixeurs.
20
La production du biogaz est constante étant donné que le flux et le taux de charge du substrat dans le digesteur
sont aussi continus.
Discontinus
Sont aussi appelés systèmes batch. Leur principe de fonctionnement semble comme celui d’une décharge
(Mata-Alvarez, 2003), avec la différence dans les systèmes batch, les conditions du procédé de méthanisation
sont contrôlées ce qui permettent une meilleure performance de production du biogaz. Le substrat utilisé dans
ces systèmes possède une teneur en matière sèche entre 30 et 40%. (Wellinger, Murphy & Baxter, 2013)
Dans ces systèmes, le digesteur est alimenté avec un volume fixe de substrat et après est fermé hermétiquement.
A l’intérieur il n’existe pas de parties mobiles et le substrat reste immobile pendant se produisent les étapes de
la digestion anaérobie en périodes de temps différent ; en conséquence, la production de biogaz est intermittente.
Il est possible une production constate du biogaz avec l’installation en parallèle de plusieurs digesteurs.
5.3 Technologies disponibles
La recherche dans le domaine de la méthanisation de déchets a été en constante développement depuis les
années 80 (Mata-Alvarez, 2003) cela a permis le développement d’une variété de procédés et de technologies
de taille commerciale qui sont actuellement appliqués pour le traitement de déchets organiques ménagers. Le
Tableau 11 résume quelques technologies existantes à l’échelle industrielle
Tableau 11. Principaux procédés utilisés pour la méthanisation de déchets, adapté de (Rapport et al. 2008) (Harzevili and
Hiligsmann, 2017)
Procédé Teneur en matière
sèche Rang de température
Type de
fonctionnement
BEKON Sèche Mésophile Discontinu
Waasa Humide Mésophile ou Thermophile Continu
Krüger Humide Mésophile Continu
Citec Humide Thermophile Continu
Ros Roca Process Humide Mésophile Continu
Dranco Sèche Thermophile Continu
Kompogas Sèche Thermophile Continu
Valorga Sèche Mésophile ou Thermophile Continu
Strabag Humide Mésophile ou Thermophile Continu
Schwarting–Uhde Humide Thermophile Continu
BTA Humide Mésophile Continu
ISKA Humide Mésophile Continu
Malgré la variété de technologies de méthanisation, seulement certains d’eux sont plus répandu dans
d’applications industrielles. Basées sur la bibliographie disponible, on détaille ci-dessous ceux qui ont plus de
références commerciales.
21
Waasa
Est une des premiers procédés conçus à échelle commerciale. Le nom de cette technologie fait référence à la
ville finlandaise où elle a été développée.
Cette technologie fonctionne par la voie humide continu ; elle est composée principalement de deux digesteurs
verticaux (Figure 8). À l’intérieur du premier digesteur se réalise le prétraitement du substrat par son
homogénéisation et l’élimination des particules les plus denses ; dans le deuxième digesteur se développe la
digestion anaérobie.
Le réacteur du prétraitement est équipé avec un pulpeur qui réalise l’ajustement de la teneur en matière sèche
dans biomasse à de valeurs entre 10 et 15% (Lima, 2010). Le deuxième réacteur possède de parties mobiles qui
servent à maintenir les particules solides en suspension pendant le procédé de digestion anaérobie. Le rendement
de production du biogaz avec cette technologie est entre 100 et 150 m3 par tonne de déchets entrant (Rapport et
al. 2008).
Figure 8. Schéma du procédé Waasa (Remy, 2018)
5.3.1 Valorga
Celle-ci est une des premières technologies appliquées à l’échelle commerciale pour le traitement des déchets
ménagers. Est d’origine française, et la plupart de ses références sont installées dans ce pays avec environ 12
infrastructures installées (ADEME, 2012).
Une de ses premières références est l’installation de méthanisation localisé dans la ville d’Amiens, en France.
Malgré cette installation a été construite et mis en marche en 1988, elle continue en fonctionnement avec une
capacité de 67 000 tonnes par an des déchet organiques, et une production d’environ 9 500 000 m3 de biogaz
pendant le même période, l’équivalent à 54 600 MWh d’énergie (ADEME, 2012).
Le réacteur possède une configuration verticale, à l’intérieur il est installé une paroi qui occupe deux tiers du
diamètre et lui divise en deux sections (Figure 9). Par une section, de la biomasse fraîche est introduite par de
mouvement piston, une fois à l’intérieur elle est homogénéisée par action du biogaz qui est réinjecté dès la base
du réacteur. Dans l’autre section, le digestat sort après de circuler autour de la paroi.
Pour assurer l’homogénéisation, la teneur en matière sèche de la biomasse est ajustée entre 25 et 30% (Rapport
et al. 2008), si ce pourcentage est inférieur à 20% les particules plus denses peuvent sédimenter et s’accumuler
dans la base du réacteur, ce qui peut boucher le système d’injection.
22
Le temps de séjour du substrat à l’intérieur du digesteur est d’environ trois semaines. Selon les références de ce
type de réacteur, le rendement de production du biogaz est entre 120 et 150 m3 par tonne de biomasse avec une
teneur en méthane du 52% (ADEME, 2012). Ce type de technologie peut fonctionner dans deux plages de
température, soit le rang mésophile soit le rang thermophile.
Figure 9. Schéma du procédé Valorga (Harzevili and Hiligsmann, 2017)
5.3.2 Dranco
Cette technologie a été développé en coopération entre l’Université de Gand et l’entreprise OWS (Mata-
Alvarez, 2003). La première référence commerciale de ce type de réacteur était construite en 1991 dans la ville
de Brecht en Belgique, avec une capacité de traitement de 20 000 tonnes de déchets par an, et une production
approximative de 110 m3 par tonne de matière fraîche, ce qui est l’équivalent à 630 kWh d’énergie.
Le substrat utilisé dans ce type de technologie peut avoir une teneur en matière sèche jusqu’au 40% et sa taille
de ses particules doit être ajusté à un diamètre maximal de 40 mm (De Baere 2012). La présence de matière
inorganique dans le substrat n’empêche pas le développement du procédé de digestion anaérobie, ce qui permet
que l’étape de prétraitement du substrat ne soit pas très stricte.
L’introduction de la matière organique se produise par pompage du type piston ; de la matière fraîche est
poussée à travers de trois tuyaux qui traversent le fond du réacteur et montent jusqu’au un mètre avant le toit
du réacteur (Figure 10). Déjà à l’intérieur, la biomasse descend par la force de gravité, ce qui produise l’effet
d’homogénéisation étant donné que ce type de réacteurs ne possède de parties mobiles à l’intérieur.
Pour chaque volume de matière fraîche, sept volumes similaires de matière digérée sortent du réacteur, dont six
sont recirculés sous forme d’inoculum avec de la matière entrante et la fraction restante est dirigée vers le
module de compostage. Ce procédé se réalise chaque fois que de la matière fraîche arrive, ce qui donne à la
biomasse un temps de séjour 20 jours à l’intérieur du digesteur (De Baere 2012).
La digestion anaérobie dans ce type de technologie se déroule avec une température de 55°C, l’équivalent au
rang thermophile (De Baere 2012). Pour augmenter la température, de la vapeur de l’eau est ajouté pendant
l’inoculation de la fraction entrante. Le réacteur et les parties où circule de la biomasse ont de l’isolation
thermique ce qui évite la nécessité d’un système de chauffage permanent.
Le rendement de production du biogaz c’est dans l’ordre d’entre 100 et 170 m3 par tonne de matière organique.
Pour son fonctionnement, le système consomme entre 30 et 40% de l’électricité produite à partir du biogaz
obtenu.
23
Figure 10. Schéma du procédé DRANCO (Remy, 2018)
5.3.3 Kompogas
Est une technologie suisse développé par l’entreprise Hitachi Zosen Corporation. Jusqu’aujourd’hui il y a
installé 38 réacteurs de ce type de technologie, dont la plupart en Europe (Rapport et al. 2008). La référence
avec la taille la plus grande se trouve à Qatar, laquelle est composée de 15 réacteurs qui fonctionnent en parallèle
pour avoir une capacité totale de traitement de 270 000 tonnes par an (Hitachi Zosen INOVA, n.d.).
La caractéristique la plus particulière avec cette technologie est la configuration horizontale du réacteur et la
présence de parties mobiles à l’intérieur (Figure 11). Cette configuration améliore le déplacement de la matière
organique à travers du réacteur et le mouvement des pales à l’intérieur maintiennent les conditions
d’homogénéisation.
La teneur en matière sèche du substrat doit être ajustée dans un rang entre 23 et 30% (Harzevili and Hiligsmann,
2017) ; au-dessous de cette plage, les particules lourdes peuvent sédimenter et colmater la base du réacteur,
tandis qu’au-dessus de cette plage il y a le risque d’empêcher le flux de la matière à travers du réacteur. Il est
recommandable que les particules du substrat aient un diamètre maximal de 50 mm (Harzevili and Hiligsmann,
2017).
La digestion anaérobie se déroule dans un rang de température thermophile entre 55 et 60°C, et un temps de
séjour du substrat de 14 jours (Harzevili and Hiligsmann, 2017) ; ces conditions permettent l’inactivation de
pathogènes présents dans le substrat, ce qui réduise les activités de posttraitement du digestat à la sortie du
digesteur.
Comme les autres technologies de digestion continu, une partie de la matière digérée est recirculée sous forme
d’inocule et l’autre partie suivre un posttraitement. Ce posttraitement consiste de la déshydratation mécanique
qui sépare le digestat ses fractions solide et liquide, lesquelles peuvent être appliqués comme d’engrain sur le
sol.
Sur basse d’information des installations en fonctionnement, le rendement de production de biogaz est entre
140 et 160 Nm3 par tonne de matière organique utilisée (ADEME, 2012), avec une teneur en méthane en
moyenne de 55%.
24
Figure 11. Schéma du procédé KOMPOGAS (Goswami and Kreith, 2007)
5.3.4 BEKON
Cette technologie est d’origine allemand. Parmi les technologies auparavant mentionnées, celle-ci est la plus
récente dans d’applications à l’échelle commerciale. Sa première installation datte de l’année 2003 ; néanmoins,
il y a déjà installé environ 33 digesteurs de ce type de procédé.
De la matière fraiche est inoculée et mélangée avec de la matière déjà dégradé provenant du même procédé. Un
chargeur sur pneus introduise ce mélange à l’intérieur du réacteur jusqu’au remplir environ deux tiers de son
volume, après le digesteur est fermé hermétiquement pour assurer les conditions anaérobiques.
Pendant la dégradation du digestat à l’intérieur du digesteur, il se produise du percolât, lequel est un liquide qui
contienne de nutriments et de bactéries ; il est capté et recirculé par aspersion sur le même substrat. L’objectif
de cette recirculation est de disperser les nutriments et de réaliser un type d’homogénéisation étant donné que
ce type de procédé n’utilise pas de parties mobiles à l’intérieur du digesteur.
La matière reste à l’intérieur pendant un temps de séjour d’entre 21 et 28 jours (BEKON, 2018a) dans lesquels
se produise de la méthanisation ; le biogaz produit est capté par l’haute du digesteur. Après ce période, le
digesteur est vidé et rerempli avec du substrat frais pour commencer un nouveau cycle de méthanisation. Le
digestat sortant suivre un procédé de stabilisation par compostage pendant trois semaines (BEKON, 2018a).
La digestion anaérobie se déroule dans un rang de température mésophile entre 34 et 37 °C (BEKON, 2018a).
Cette température est contrôlée par action d’un planché et des parois chauffantes à l’intérieur du réacteur ; en
adition, le percolât est aussi chauffé avant d’être recirculé.
Le fonctionnement du procédé BEKON a de faibles besoins énergétiques lesquels sont environ 10% de
l’électricité produite. D’autre part, son rendement de production de biogaz est faible par rapport aux systèmes
continus, soient 90 m3 par tonne de matière fraîche (BEKON, 2018b).
Cette technologie fonctionne comme les systèmes discontinus, par conséquence la production du biogaz n’est
pas constante. Cependant, plusieurs digesteurs peuvent être installés en parallèle pour avoir une production
constante de biogaz. En adition, ce fonctionnement en parallèle permet une augmentation progressive de la
capacité de l’installation en cas de besoin.
25
Figure 12. Schéma du procédé BEKON (BEKON, 2018a)
5.4 Avantages et désavantages
Les technologies auparavant détaillées sont lesquelles ont le plus d’expérience à l’échelle commerciale pour la
digestion anaérobie de déchets organiques ménager. Il n’existe pas une technologie exclusive pour la digestion
anaérobique des déchets en raison que de plusieurs facteurs vont déterminer sont pris en compte pour la
sélection de la technologie.
Le Tableau 12 résume les principales avantages et désavantages dans le fonctionnement des systèmes de
digestion anaérobie, ce qui donne une notion générale de leur faisabilité pour d’applications à l’échelle
industrielle.
26
Tableau 12. Avantages et désavantages des systèmes de digestion anaérobie, adapté de (Mata-Alvarez, 2003)
Système Avantages Désavantages
Humide, continu
• Bon rendement de production de biogaz par
tonne de déchet.
• Ecoulement plus douce du substrat.
• Meilleure dilution des nutriments dans le
substrat.
• Consommation de l’eau.
• Prétraitement stricte du substrat.
• Grands besoins thermiques pendant la
digestion anaérobie.
• Réacteurs de grand volume.
Sec, continu
• Surface réduite pour l’installation du
réacteur.
• Peu d’utilisation de l’eau pour ajuster la
matière fraîche.
• Production constante du biogaz.
• Peut accepter des impropres dans la matière
organique.
• Faible demande thermique.
• Grand investissement économique.
• Risque de bouchonnage si le substrat n’est
pas prétraité.
• Haute consommation électrique pour
l’équipement de pompage.
• Susceptibilité de l’usure pour la présence
d’indésirables.
• Besoin d’équipements de post traitement
pour le digestat.
Sec, discontinu
• Peut utiliser de la biomasse avec haute
teneur en matière sèche.
• Ne demande pas de maintenance très
stricte.
• Possibilité d’augmenter sa capacité avec le
couplage des nouveaux réacteurs.
• Faible consommation d’énergie.
• Les digestat produit ne demande du post
traitement très stricte.
• Moins de production de biogaz que par
rapport aux systèmes continus.
• Demande plus de surface pour son
installation.
5.5 Analyse des technologies
Une comparaison des technologies auparavant indiquées permet de faire une analyse objective des avantages
et les désavantages de leur application pour la gestion et la valorisation énergétique des déchets organiques.
Faire une comparaison en se basant sur chacun des caractéristiques de fonctionnement cela demanderait une
évaluation trop détaillée sans arriver à une sélection.
Compte tenu les deux principaux critères de fonctionnement des systèmes de digestion anaérobie, tels que la
teneur en matière sèche et le flux de la biomasse, il est possible de regrouper les procédés en trois catégories
principales comme indiqué dans le Tableau 13, ce qui facilite l’analyse envisagé.
27
Tableau 13. Procédés regroupes en fonction des critères de fonctionnement
Selon la teneur en
matière sèche
Selon le
fonctionnement Catégorie Procédé
Humide Continu Humide continu Wasaa
Sec Continu Sec continu
Valorga
Dranco
Kompogas
Discontinu Sec discontinu BEKON
Comme le choix de la technologie envisage son application pour la digestion anaérobie de la fraction organique
des déchets ménagers, l’option de sélectionner un système humide est écartée de l’analyse car ce type de
technologie accepte que de la biomasse avec un teneur maximale en matière sèche de 15%, tandis que la teneur
en matière sèche des déchets organiques ménagers est généralement entre 20 et 31% (Mata-Alvarez, 2003).
L’analyse sera basée sur trois aspects, toujours basés sur le contexte de la ville de Cuenca, ces sont l’aspect
technique, l’aspect économique et l’aspect environnemental.
5.5.1 Analyse technique
Production d’énergie
Un des principaux objectifs des systèmes anaérobies est la production d’énergie à partir du biogaz obtenu ;
ainsi, un critère à évaluer est la quantité nette d’électricité qui est possible d’obtenir d’après le fonctionnement
de la technologie de méthanisation ; selon Mata-Alvarez (2003) ce critère est plus important dans de pays en
voie de développement.
La production de biogaz par tonne de déchet est majeure dans de systèmes continus, que celle produite par les
systèmes batch (Mata-Alvarez, 2003). Cependant, étant donné que les systèmes continus utilisent
d’équipements de flux de grande puissance, leur fonctionnement demande une grande consommation
d’électricité, laquelle est pris de celle produite par cogénération dans la même installation.
Même si le rendement de production de biogaz est plus faible, l’absence de pompes de flux et de parties mobiles
dans les systèmes batch demande moins de consommation d’électricité, ce qui permet d’obtenir un montant
d’énergie net comparable à celle obtenu dans de systèmes continus.
Fonctionnement
Pour les systèmes continus, en fonction de la technologie, la taille des particules du substrat ne doit pas dépasser
une valeur maximale pour assurer leur flux, ce qui demande du prétraitement constant ; si n’est pas bien réalisé,
le système risque du blocage pendant le flux de la biomasse. Dans les systèmes batch, la matière organique reste
immobile à l’intérieur du réacteur ; en conséquence, la taille des particules peut être plus hétérogène ce qui
demande d’un prétraitement moins exigeant qui consiste en enlever de particules de taille trop grosse par
l’utilisation d’un trommel.
Habituellement, les déchets organiques ménagers présentent une teneur de 25% en matériaux impropres (Mata-
Alvarez, 2003). Dans les systèmes continus, cette teneur peut produire de l’usure à l’intérieur du réacteur et des
parties de canalisation pendant le flux de la biomasse. Tandis que pour les systèmes batch, ce risque est presque
négligeable en raison de l’absence de mouvement de la biomasse à l’intérieur du réacteur.
28
Les systèmes continus sont dessinés pour que la méthanisation se produise dans un seul réacteur en réduisant
la surface requis pour son installation ; cependant, en cas de panne il existe le risque de perturber le procédé de
méthanisation et d’arrêter la production du biogaz. Si le panne est majeure cela peut demander la vidange de la
biomasse du réacteur (Edelmann and Engeli, 2005) (Harzevili and Hiligsmann, 2017). Pour les systèmes batch
la maintenance de l’équipement est plus facile à gérer. S’il faut de la réparation d’un des digesteurs, son
fonctionnement est arrêté, mais la marche des autres réacteurs est ajustée et synchronisée pour maintenir une
production constante du biogaz.
Surface requise
Les systèmes batch demandent plus de surface pour leur installation ; néanmoins, ils peuvent être adaptés à
d’infrastructures déjà existantes ou peuvent être placés dans de zones de décharges déjà fermées. Malgré les
systèmes continus économisent de l’espace avec le fonctionnement d’un seul digesteur, le digestat obtenu doit
encore être stabilisé par de procédés de compostage ce qui demande de la surface comme les systèmes
discontinus.
En cas d’envisager une augmentation de la production du biogaz, pour les systèmes batch il faudrait
l’installation graduelle des réacteurs et leur synchronisation avec ceux déjà installés. Tant que pour un système
continu, il demanderait l’installation d’un réacteur complète avec une taille maximale, ce qui demande de grands
investissements.
Digestat
Le digestat produit dans les systèmes continus possède une consistance pâteuse, ce qui indique la présence
d’humidité laquelle doit être enlevé, soit par de traitements thermiques soit par l’ajout de beaucoup de déchets
verts. Avant la sortie de la biomasse dans les systèmes batch, la recirculation du percolât est arrêtée, ce fournisse
un digestat avec moins d’humidité qui demande de procédés de posttraitement plus simples comme c’est le
compostage.
5.5.2 Analyse économique
Les technologies utilisées par les systèmes continus sont brevetées, cela demande un payement additionnel pour
l’installation de ce type de digesteurs ; en conséquence, les coûts d’investissement augmentent. Les systèmes
discontinus sont de procédés simples qui ne demandent pas la construction d’infrastructures trop techniques,
ainsi leur coût d’investissement est plus abordable.
En Équateur, le prix de vente d’électricité produit à partir centrales du biogaz est de 6.44 ¢€/kWh (CONELEC,
2014) ; à ce prix de commercialisation, le temps de retour de l’investissement pour une installation du type
continu serait long. Pour une installation du type discontinu, ce temps de retour serait plus abordable, étant
donné que leurs montants d’investissement sont moins élevés que ceux pour les systèmes continus.
Les matériaux utilisés pour la construction des digesteurs des systèmes continus sont résistants à l’usure ; ce
type de matériaux ne sont pas disponibles dans le marché équatorien ce qui demanderait de leur importation.
Pour l’installation des digesteurs discontinus, il est possible d’utiliser d’infrastructures et de matériaux présents
dans le milieu équatorien, ce qui diminuerait la quantité d’équipements nécessaires d’importer.
Les équipements de flux utilisés pour les systèmes continus sont de technologies spéciales sans de références
appliqués dans le milieu équatorien ; en cas de panne ou de casse ces devraient être remplacés ce qui mènerait
de dépenses élevées. Étant donné l’absence de parties mobiles dans les digesteurs des systèmes discontinus,
leur maintenance est moins coûteuse, et cas de remplacement de l’équipement dans ce type de digesteurs, son
coût serait plus accessible.
29
5.5.3 Analyse environnementale
Quelque soient les différences techniques ou économiques entre les différents types de technologies,
l’application d’un système de digestion anaérobie amène toujours de plusieurs profits environnementaux surtout
par rapport au traitement des déchets. L’incorporation d’un digesteur à l’actuel système de gestion de la ville
de Cuenca permettra réduire la quantité de déchets versés dans la décharge, étant donné qu’ils composent 64%
de l’ensemble de déchets produits.
Une installation de digestion anaérobie empêche que les déchets soient exposés aux précipitations ce qui réduise
la formation de lixiviats. Le seul résidu liquide produit est le percolât, lequel est plus facile de collecter et de
stocker pour suivre de procédés d’épuration.
Il est bien connu que le méthane a une puissance de réchauffement 25 fois plus grand que celle du dioxyde de
carbone (EPA, 2005). Les décharges sont une grande source d’émission de ce type de gaz, même si sont
contrôlés. Comme indiqué par (Remy, 2018), implémenter de la digestion anaérobie empêche complètement
l’émission des gaz à effet de serre ; pour la ville de Cuenca cette quantité serait considérable étant donné le
pourcentage de matière organique présent dans les déchets ménagers.
Un grand profit environnemental est la diminution de grandes surfaces de terrain requis pour le fonctionnement
d’une décharge et aussi la diminution des efforts liées pour neutraliser l’effet négatif des pathogènes quand il
est enfoui des grands volumes de déchets organiques.
5.6 Sélection de la technologie la mieux adaptée
En concordance avec le critère de Mata-Alvarez (2003), les systèmes discontinus sont plus appropriés pour de
pays en voie de développement, comme l’Équateur dans le cas de la présente étude. Ce critère peut être renforcé
sur le fait que le transport de la biomasse avec l’utilisation d’un chargeur sur pneus ou la construction d’une
installation avec les caractéristiques des systèmes discontinus ne sont pas de procédés trop techniques et que
peuvent s’adapter facilement au contexte équatorien.
Même si les ménages dans la ville de Cuenca ont déjà l’habitude de réaliser la séparation de leurs déchets,
l’implémentation d’une collecte sélective de la FODM présenterait de défauts au début comme la présence
d’impropres, ce qui occasionnerait de fonctionnement pour une technologie du type continu. Une technologie
discontinue est plus tolérante à la présence d’impropres et peut s’ajuster à une amélioration progressive de la
séparation à la source de la FODM dans la ville de Cuenca.
Considérer la digestion anaérobie de toute la fraction organique produite dans la ville de Cuenca demanderait
un grand investissement dans le court terme, ce qui est un facteur limitant pour une entreprise publique en
Équateur. Etant donné le fonctionnement modulaire d’un système discontinu, sa capacité d’installation initiale
peut être réduite et en conséquence son coût d’investissement. La capacité de l’installation peut être augmentée
progressivement autant que le système de collecte sélective de la ville augmente.
Sur base des analyses auparavant réalisés, un système de digestion anaérobie du type discontinu se présente
comme l’option la plus approprié pour la valorisation énergétique des déchets organiques ménagers de la ville
de Cuenca. Parmi les technologies commerciales auparavant détaillées, la technologie BEKON est laquelle du
type discontinu et sur laquelle sont basés les calculs subséquents.
30
6 Évaluation de la technologie choisie
6.1 Données de base
On évalue la valorisation de la FODM de la ville de Cuenca avec le procédé de méthanisation selon la
technologie choisie, dans le cas de la présente étude par l’utilisation de la technologie BEKON. Pour réaliser
les calculs des produits à obtenir pour ce procédé on part des données de la dernière étude de caractérisation
des déchets ménagers de la ville de Cuenca, réalisée en 2015 par l’Universidad Católica de Cuenca. Le tableau
13 résume les données de base en considérant un taux de croissance démographique de 1.96% et une teneur en
matière organique de 65%
Tableau 14. Production estimée de déchets ménagers dans la ville de Cuenca, année 2019
Production de déchets Valeur
Population 627 589 habitants
Production per capita 0.494 kg/hab*jour
Production de déchets 113 161 tonnes/an
Teneur en matière organique 65 %
FODM 73 554 tonnes/an
Par recommandation et critère conjoint avec la firme L.E.E., on considère la valorisation d’une partie des
déchets organiques ménagers produits dans la ville. Ce critère fut pris en compte étant donné qu’en Équateur il
n’existe pas d’expérience ou de références pratiques pour ce type de technologies ; en plus, considérer la
valorisation du total des déchets organiques dans le court terme ne permettrait à la population de la ville de
s’adapter au
Pour réaliser une analyse plus objective des résultats d’une installation de méthanisation avec le procédé
discontinu dans la ville de Cuenca, on établisse deux scénarios, chacun d’eux réalise la valorisation d’une partie
de la FODM comme indique le tableau 14.
Tableau 15. Quantité de déchets organiques ménagers que valorise chaque scénario
Scénario Quantité de déchets
(tonnes/an)
Scénario 1 30 000
Scénario 2 60 000
Les paramètres pour le processus de méthanisation des déchets doivent être en concordance avec la technologie
sélectionnée. Le Tableau 14 indique les valeurs pour ces paramètres, lesquels sont basés sur l’information pour
le fonctionnement du procédé BEKON et aussi sur de recommandations en projets similaires analysés par la
firme L.E.E. (Hannik 2018, communication personnelle, Décembre 10).
31
Tableau 16. Paramètre pour le fonctionnement du procédé choisi
Paramètre Valeur
Temps de séjour 28 jours
Temps de vidange 1 jour
Plage de température Mésophile
Type de fonctionnement Discontinu
Ainsi, les calculs subséquents du procédé de méthanisation se basent sur ces deux scénarios établis. L’Annexe
2 et l’Annexe 3 détaillent le bilan massique relatif à la valorisation annuelle de 30 000 tonnes et de 60 000
tonnes des déchets organiques respectivement, avec l’utilisation du procédé BEKON.
6.2 Digestion anaérobie selon la technologie
Selon le procédé BEKON, une quantité de déchets verts doit être ajoutée à la FODM pour obtenir de la matière
fraîche. La quantité additionnelle de cette matière verte correspond au 15% des déchets organiques (Hannick
2018, communication personnelle Décembre 4). Ensuite, la matière fraîche est inoculée avec du digestat
recirculé du même procédé de méthanisation (Figure 13). La quantité du digestat ajouté est égale au 40% du
substrat qui est introduit dans le digesteur (BEKON, 2018a).
Un chargeur alimente le digesteur avec le substrat, lequel reste à l’intérieur pendant un temps de séjour de 28
jours. Le procédé de méthanisation se déroule à de températures mésophiles par le chauffage du percolât
recirculé.
Figure 13. Schéma du démarrage du procédé de méthanisation
32
Le résume des quantités de la matière utilisé pour le démarrage du procédé de méthanisation sont indiqués dans
le tableau suivant.
Tableau 17. Quantité de matière pour le démarrage du procédé de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
FODM tonnes/an 30 000 60 000
Pourcentage additionnel de déchets verts % 15 15
Déchets verts additionnels tonnes/an 4 500 9 000
Total matière fraîche tonnes/an 34 500 69 000
Digestat recirculé tonnes/an 23 000 46 000
Substrat tonnes/an 57 500 115 000
6.3 Dimensionnement de l’installation
Pour calculer le nombre de digesteurs requis pour la méthanisation du substrat, on part des dimensions d’un
digesteur du procédé BEKON, ce qui nous permet d’obtenir son volume. On considère un taux de remplissage
de 80% ce qui nous permet de connaitre le volume utile pour le digesteur. Les valeurs indiquées dans le tableau
au-dessous correspondent à ceux signalés dans de références de cette technologie (BEKON, 2018b).
Tableau 18. Dimensions pour un digesteur BEKON
Paramètre Valeur
Long 35 mètres
Largeur 7 mètres
Haut 5 mètres
Volume 1 225 m3
Taux de remplissage 80 %
Volume utile 980 m3
On prend en compte la valeur de 0.67 tonne/m3 (Annexes 2 et 3) comme la densité du substrat pour calculer
son journalier, ce qui ajouté au volume utile du digesteur nous permet de calculer le nombre de jours pour le
remplissage d’un digesteur
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑚𝑝𝑙𝑖𝑠𝑠𝑎𝑔𝑒 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑒𝑢𝑟
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑢 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑝𝑎𝑟 𝑗𝑜𝑢𝑟
33
Tableau 19. Volume du substrat pour le procédé de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
Volume utile du digesteur m3 980 980
Quantité du substrat tonnes/an 57 500 115 000
Densité tonne/m3 0.67 0.67
Volume du substrat m3/an 85 821 171 642
Volume du substrat m3/jour 235 470
Temps de remplissage du digesteur jours 4 2
Le temps de remplissage d’un digesteur calculé pour chacun de scénarios, avec le temps de séjour de 28 jours
et 1 jour pour la vidange du digesteur donne les temps d’un cycle de digestion pour un digesteur. Le nombre
de cycles que peut réaliser un digesteur pendant 1 an est calculé avec la formule suivante :
𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑦𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑎𝑛𝑡 1 𝑎𝑛 =365 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑠
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠 1 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛
Tableau 20. Nombre de cycles par an réalisé pour un digesteur
Scénario 1 Scénario 2
Temps de remplissage jours 4 2
Temps de séjour jours 28 28
Temps de vidange jours 1 1
Temp 1 cycle de digestion jours 33 31
Nombre de cycles cycle/an*digesteur 11 12
Ainsi, pour déterminer le nombre de digesteurs nécessaires, on divise le volume total du substrat pendant un an
par le volume utile d’un digesteur et le nombre de cycles qui peut réaliser pendant le même période. Les résultats
dans le Tableau 19 montrent le nombre de digesteurs requis pour chaque scénario.
𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑒𝑢𝑟𝑠 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑢 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑝𝑎𝑟 𝑎𝑛
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑑𝑢 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑒𝑢𝑟 × 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒𝑠 𝑢𝑛 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑒𝑢𝑟 𝑝𝑎𝑟 𝑎𝑛
Tableau 21. Calcul du nombre de digesteurs pour traiter le substrat pendant 1 an
Scénario 1 Scénario 2
Volume du substrat m3/an 85 821 171 642
Volume utile d’un digesteur m3 980 980
Nombre de cycles par digesteur cycles/an*digesteur 11 12
Nombre de digesteurs 8 15
34
6.4 Production de compost
Comme indique Mata-Alvarez (2003), il est recommandable que le digestat obtenu de la méthanisation de
déchets organiques suivre de procédés aérobiques, comme le compostage, pour améliorer ses caractéristiques
et postérieur utilisation. De déchets verts sont aussi ajoutés et mélangés avec le digestat, avant d’être introduits
dans de tunnels de compostage (Figure 19). La quantité additionnée des déchets verts correspond au 40% du
volume du digestat.
Tableau 22. Compostage du digestat après le procédé de méthanisation
Pour le calcul du nombre de tunnels on réalise la même méthodologie que celle réalisée auparavant pour le
calcul du nombre de digesteurs. Ainsi, les données de départ sont indiquées dans le tableau suivant
Tableau 23. Matière entrante pour procédé de compostage
Scénario 1 Scénario 2
Digestat après méthanisation3 tonnes/an 27 830 55 660
Densité du digestat tonnes/m3 0.8 0.8
Volume du digestat m3/an 34 788 69 575
Pourcentage additionnel de déchets % 40 40
Déchets verts additionnels m3/an 13 915 27 830
Mélange pour le procédé de compostage m3/an 48 703 97 405
Mélange pour le procédé de compostage m3/jour 133 267
Les dimensions pour un tunnel de compostage sont aussi en fonction du procédé BEKON. On considère un
taux de remplissage de 40%, un temps de séjour de 10 jours (Hannick 2018, communication personnelle,
Décembre 4) et un temps de vidange de 1 jour. Les résultats montrés dans le tableau ci-dessous sont relatifs
pour le fonctionnement d’un tunnel de compostage
3 Les valeurs du digestat obtenu pour chaque scénario sont détaillés dans l’annexe 2 et l’annexe 3
35
Tableau 24. Taille et fonctionnement d’un tunnel de compostage
Scénario 1 Scénario 2
Dimensions du tunnel de compostage
Long mètres 20 20
Largeur mètres 5.9 5.9
Haut mètres 5 5
Volume m3 590 590
Taux de remplissage % 40 40
Volume utile m3 236 236
Fonctionnement du tunnel de compostage
Temps de remplissage jours 2 1
Temps de séjour jours 10 10
Temps de vidange jours 1 1
Temps pour 1 cycle de compostage jours 13 12
Nombre de cycles cycles/an 29 31
Volume de mélange traité m3/an*tunnel 6 746 7 248
De cette façon, le nombre calculé de tunnels nécessaires pour le procédé de compostage du digestat sortant est
de 8 tunnels.
Tableau 25. Calcul du nombre des tunnels de compostage
Scénario 1 Scénario 2
Volume du mélange pendant 1 an m3/an 48 703 97 405
Volume du mélange traité pendant 1 an m3/an*tunnel 6 746 6 958
Nombre de tunnels tunnels 8 14
Maturation
Après le séjour dans les tunnels, le compost est disposé en andains pour suivre l’étape de maturation. Cette
étape sert pour inactiver de microorganismes encore présents dans le compost.
Un andain ne doit pas dépasser les 3 mètres de hauteur, et ses dimensions habituelles pour la largeur et la
longueur sont 8 et 18 mètres respectivement (n.d.), ce qui donne un volume de 432 m3. Les valeurs utilisées
pour le procédé de maturation sont indiquées dans le Tableau 24
36
Tableau 26. Dimensions et temps de fonctionnement d’un andain de maturation
Scénario 1 Scénario 2
Dimensions d’un andain
Long mètres 18 18
Largeur mètres 8 8
Haut mètres 3 3
Volume m3 432 432
Fonctionnement d’un andain
Temps de remplissage jours 4 2
Temps de séjour jours 60 60
Temps de vidange jours 1 1
Temps pour 1 cycle de maturation jours 65 63
Nombre de cycles cycles/an 6 6
Volume de que peut traiter m3/an*andain 432 432
Le calcul de la surface requise se base sur le même principe que celui réalisé auparavant pour les digesteurs et
les tunnels de compostage ; ainsi, la surface calculée est de 2 339 m2, mais en prenant 20% de surface plus
nécessaire à la circulation on obtient une surface totale de 2 807 m2.
Affinage
Etant donné que le prétraitement dans de systèmes discontinus n’est pas exigeant, les particules du compost
obtenu auront de tailles hétérogènes, ce qui demande l’application d’un procédé d’affinage qui consiste en
séparer les particules de grosse taille avec l’utilisation d’un crible.
Basés sur l’expérience en procédés similaires analysés par la firme L.E.E. et un critère conjoint, on estime
qu’après l’étape d’affinage 50% du compost est refusé et 50% est considéré comme valable pour son utilisation.
Tableau 27. Affinage du compost obtenu
Scénario 1 Scénario 2
Compost mûr tonnes/an 26 377 52 754
Compost affiné tonnes/an 13 189 26 377
Compost refusé tonnes/an 13 189 26 377
Utilisation du compost
Le facteur humain intervienne sur propriétés du compost obtenu à partir de la FODM. La matière organique
fraiche utilisé dans le départ du procédé de méthanisation peut présenter de contaminants comme de métaux
lourds ou de matières inorganiques à cause d’un faible triage à la source de part des ménages (Mata-Alvarez,
2003), ce qui réduise la qualité du compost et peut limiter son utilisation. En conséquence, il faudra mener
d’analyses des caractéristiques du compost pour bien prévoir son application.
Comme indiqué auparavant dans le point 3.10, l’entreprise EMAC déjà réalise d’activités de commercialisation
du compost élaboré à partir des déchets organiques ; de cette façon il semble judicieux de réaliser le même
modèle de vente aux particuliers avec le compost obtenu après la méthanisation et compostage de la FODM.
Les recettes estimées de sa commercialisation sont analysées dans le chapitre 7 qui correspondent à l’analyse
économique de l’installation de méthanisation.
37
6.5 Production de biogaz
Le rendement de production du biogaz peut être calculé en fonction de la quantité du substrat introduit dans le
digesteur. Selon les références commerciales de la technologie BEKON, la valeur moyenne de ce rendement
est de 90 m3 par tonne du substrat (BEKON, 2018b).
Dans le biogaz produit, une fraction de son volume est du méthane et la fraction restante est du dioxyde du
carbone, avec de traces des autres components. D’études de recherche comme ceux réalisés par Banks et al.
(2011) et Wu (2014), ont calculé une teneur en méthane d’environ 60% dans le biogaz obtenu à partir de la
digestion anaérobie de la FODM. Ainsi, on prend en compte cette valeur comme référence pour estimer la
quantité du méthane qu’on peut obtenir par le procédé choisi comme indique le tableau suivant
Tableau 28. Production estimée du biogaz et du méthane par digestion anaérobie
Scénario 1 Scénario 2
Matière fraiche tonnes/an 34 500 69 000
Rendement production biogaz m3/tonne 90 90
Biogaz produit m3/an 3 105 000 6 210 000
Teneur en méthane % 60 60
Méthane produit m3/an 1 863 000 3 726 000
6.6 Production d’énergie
L’application envisagé pour le biogaz obtenu est la production d’énergie par combustion dans un moteur de
cogénération ; néanmoins, cette application ne peut pas être réalisé directement, parce que comme indiqué
auparavant, le biogaz contienne de traces d’autres composants comme le sulfure d’hydrogène lequel est
corrosive et peut causer de problème technique dans le moteur. Ainsi le biogaz doit suivre de procédés
d’épuration pour enlever ces traces ; ce procédé d’épuration ne produise de changement dans la teneur en
méthane.
On considère un facteur de charge de 0.9 pour le moteur de cogénération (CEREMA, 2017) (Hannick 2018,
communication personnelle, Décembre 7), c’est l’équivalent à une fonctionnement de 7 884 heures/an.
Autrement dit, 90% du biogaz produite et épuré peut être utilisé, tandis que le 10% restante doit être brûlé dans
une torchère (Figures 14 et 15).
Figure 14. Quantité de biogaz disponible pour le Scénario 1
38
Figure 15. Quantité de biogaz disponible pour le Scénario 2
La valorisation énergétique du biogaz sera réalisée par combustion dans une unité de cogénération pour
l’obtention de l’énergie électrique et de l’énergie thermique, dont le rendement est de 38% et 40%
respectivement. En considérant le pouvoir calorifique du méthane en 39.8 MJ/m3 (Engineering ToolBox,
2003a), on évalue la quantité d’énergie contenu dans le biogaz et les quantités d’énergie qui peuvent être
obtenus par cogénération comme la suite
Tableau 29. Énergie contenue dans le biogaz disponible
Scénario 1 Scénario 2
Énergie contenue dans le biogaz
Méthane disponible m3/an 1 676 700 3 353 400
Pouvoir calorifique du méthane MJ/m3 39.8 39.8
Energie contenu dans le biogaz MJ/an 66 732 660 133 465 320
Energie contenu dans le biogaz MWh/an 18 537 37 074
Valorisation par cogénération
Rendement électrique CHP % 38 38
Energie électrique MWh/an 7 044 14 088
Rendement thermique CHP % 40 40
Energie thermique MWh/an 7 415 14 829
Pour le calcul de la puissance de l’unité de cogénération on utilise (1) l’énergie contenu dans le biogaz, (2) le
rendement électrique du moteur de cogénération et (3) le nombre de heures de fonctionnement selon le facteur
de charge de l’unité en 0.9, à partir de la formule suivante
𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐶𝐻𝑃 =é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑧 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 × 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑢 𝐶𝐻𝑃
ℎ𝑒𝑢𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑛𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛𝑛𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡
39
Scénario 1 Scénario 2
Energie contenu dans le biogaz MWh 18 537 37 074
Heures de fonctionnement heures 7 884 7 884
Rendement électrique CHP % 38 38
Puissance électrique CHP kWh 893 1 787
6.7 Bilan énergétique
Il est prévu qu’une fraction de l’énergie, électrique et thermique, obtenus de l’unité de cogénération sera utilisée
pour satisfaire les besoins du procédé de méthanisation des digesteurs. Un bilan des fraction énergétiques nous
indique la quantité nette d’énergie qu’on obtient de l’installation de méthanisation.
Fraction électricité
La consommation électrique est comprise principalement dans trois étapes : (1) le prétraitement issu à l’arrivé
des déchets, (2) la méthanisation et (3) le posttraitement qui comprenne le procédé de compostage.
Pour l’étape de prétraitement, on utilise la capacité de fonctionnement de l’équipement de cette étape et leur
électrique puissance (Hannick 2018, communication personnelle, Décembre 7).
Pour l’étape de méthanisation avec le procédé BEKON, la consommation électrique des digesteurs est 10% de
l’électricité produite par l’unité de cogénération.
L’équipement issu à l’étape de posttraitement pour ce type d’installation fonctionne avec une puissance de 135
kW de manière continue (Hannick 2018, communication personnelle, Décembre 7), autrement dit 24 heures
pendant tout l’année ; sa consommation a été calculé en 1 183 MWh/an.
Tableau 30. Consommation électrique pour l’installation de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
Procédé prétraitement
Puissance kW 62 62
Capacité de fonctionnement tonnes/heure 8 8
Quantité de déchets organiques tonnes/an 30 000 60 000
Heures de fonctionnement heures/an 3 750 7 500
Consommation électrique MWh/an 233 465
Procédé méthanisation
Electricité du CHP MWh/an 7 044 14 088
Consommation du digesteur % 10 10
Consommation électrique MWh/an 704 1 409
Procédé posttraitement
Puissance kW 135 135
Heures de fonctionnement heures/an 8 760 8 760
Consommation électrique MWh/an 1 183 1 183
Consommation totale d’électricité MWh/an 2 120 3 057
40
Comme indiqué dans le point 6.6, l’unité de cogénération fonctionne avec un facteur de charge de 0.9. En
conséquence, pendant les heures que le moteur ne travaille pas, il faudra acheter de l’électricité au réseau pour
assurer le fonctionnement du reste de l’équipement. La quantité de cette électricité d’appoint est égale au 10%
de la consommation totale électrique de l’installation de méthanisation (Hannick 2018, communication
personnelle, Décembre 4).
Tableau 31. Bilan électrique pour l’installation de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
Consommation totale d’électricité MWh/an 2 120 3 057
Électricité d’appoint % 10 10
Électricité d’appoint MWh/an 212 306
Électricité du CHP MWh/an 7 044 14 088
Consommation totale d’électricité MWh/an - 2 120 - 3 056
Énergie électrique nette MWh/an 5 136 11 337
L’électricité nette est envisagée d’être injecté au réseau électrique national, ce qui contribuera au pourcentage
d’énergies renouvelables produites en Équateur, mais aussi comme de revenus économiques pour le
fonctionnement de l’installation de méthanisation. Les recettes estimées cette commercialisation est détaillée
dans le chapitre 8 qui correspondent à l’analyse économique de l’installation.
Fraction thermique
Référent à la consommation thermique pour le procédé BEKON, le digesteur utilise 20% de l’énergie thermique
brute produite par l’unité de cogénération (BEKON, 2018b), ce qui laisse une quantité nette d’énergie thermique
comme indique la table suivante
Tableau 32. Bilan thermique pour l’installation de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
Énergie thermique brute MWh/an 6 797 13 594
Consommation thermique digesteur MWh/an 1 359 2 719
Énergie thermique nette MWh/an 5 437 10 875
Bien que la ville de Cuenca soit à 2 600 mètres d’altitude, les températures restent modérées entre 14 et 17°C
avec l’absence de températures extrêmes pendant l’année ; ces conditions ne créent pas de saison d’hiver et non
plus une demande de chauffage pour les bâtiments (Baquero et Quesada, 2016). Sur base de cette réalité, la
commercialisation de l’énergie thermique produite par l’unité de cogénération a de limites.
Dans le cas échéant d’une demande thermique, cette option aurait aussi de limitations pour de raisons
géographiques. La décharge se trouve dans une zone rurale avec une faible densité de population, où le centre
habité le plus proche se trouve à 750 mètres (Annexe 4) lequel possède une population d’environ 328 habitants
(Gómez, 2015). Cette faible demande d’énergie thermique en fonction des ménages localisés dans la zone ne
justifierait pas les coûts d’investissement qu’entraîne l’installation d’un réseau de chaleur. L’absence de
41
bâtiments industriels ou commerciales dans la zone où se trouve la décharge contribue aussi au manque d’une
demande thermique.
Ainsi, l’application de la fraction thermique est écartée des subséquents analyses, sauf pour le besoin thermique
du réacteur comme analysé auparavant.
6.8 Production de sous-produits
Il existe de sous-produits issus du procédé de méthanisation ; ces sont le percolât qui ne peut pas être plus
recirculé à l’intérieur du digesteur, et le compost refusé après de son étape d’affinage. Ces sous-produits ne
peuvent pas être valorisés et doivent être gérés par de procédés adéquats.
Étant donné que le compost refusé est le résultat d’une série d’étapes comme le compostage et la maturation, il
est considéré comme de la matière stable qui ne peut pas produire de pollution dans le sol (Mata-Alvarez,
2003) ; ainsi, il peut être déposé dans la décharge comme matériel de couverture.
Le percolât excédentaire du procédé de méthanisation contienne de nutriments et d’autres éléments, lesquels
peuvent être appliqués comme engrais dans de cultures, mais avant de suivre de procédés de prétraitement
(Mata-Alvarez, 2003). En Équateur, il existe une méconnaissance des propriétés ce sous-produit ce qui limite
sa possible utilisation dans d’activités agricoles. Dans le présent cas d’étude, l’application envisagé pour ce
liquide est de l’envoyer vers la station d’épuration de la ville comme réalisé pour les lixiviats produits dans la
décharge (Point 3.6). Les coûts liés pour la gestion de ces sous-produits sont basés sur l’analyse réalisé par
(Barrera and Otacoma, 2017).
Les quantités des sous-produits et les coûts pour leur traitement sont indiqués dans le tableau ci-dessous.
Tableau 33. Sous-produits générés dans l’installation de méthanisation
Sous-produit Scénario 1 Scénario 2
Percolât excédentaire m3/an 3 726 5 888
Refus de compost tonne/an 13 189 26 377
6.9 Transport des déchets
L’analyse de la présente étude s’encadre dans la valorisation des déchets et fonctionnement de l’installation de
méthanisation, on ne prend pas en compte les coûts issus au transport des déchets étant donné que les déchets
doivent être transporté pour leur traitement quelque soit le procédé utilisé.
On considère que l’installation de méthanisation sera localisée dans le même site où se trouve la décharge étant
donné que la fraction des déchets qui ne sera pas valorisée sera traitée avec le même procédé d’enfouissement
comme réalisé dans la décharge.
42
7 Analyse économique
7.1 Investissements
Les données issues à l’investissement d’une installation de méthanisation comme celle pour chacun des
scénarios dans la présente étude, sont basés sur références en projets similaires réalisés par la firme L.E.E. Le
détail des montants issus à l’investissement sont indiqués dans le Tableau 33.
Tableau 34. Coûts pour l’investissement de l’installation de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
Infrastructure € 1 800 000 2 550 000
Équipement € 3 900 000 6 250 000
Unité de cogénération € 800 000 1 600 000
Génie civil € 6 100 000 11 850 000
Chargeur sur pneus € 300 000 450 000
Sous-total € 12 900 000 22 700 000
Planification4 € 1 032 000 1 816 000
Imprévus5 € 1 935 000 3 405 000
Total € 15 870 000 27 921 000
Pour le calcul de l’annuité on considère une durée de vie de 13 ans, un taux d’intérêt du 3%, et une subvention
de 30% du montant de l’investissement. Le tableau suivant montre le détail du calcul de l’annuité.
Tableau 35. Coûts pour l’annuité de l’installation de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
Capital €/an 854 400 1 50 000
Intérêt €/an 179 500 310 000
Annuité €/an 1 030 900 1 810 000
7.2 Coût d’exploitation
Les coûts issus à l’exploitation de l’installation de méthanisation sont ceux comme la consommation électrique,
sa maintenance, des inputs pour sa conduite, son assurance et des activités de monitoring environnemental.
Les coûts de consommation électrique correspondent à l’achat de l’électricité d’appoint comme indiqué et
calculé auparavant dans le point 6.7. Le prix pour l’achat au réseau de cette fraction d’électricité de 79 €/MWh
(ARCONEL, 2018b).
4 C’est 8% du sous-total du coût d’investissement 5 C’est 15% du sous-total du coût d’investissement
43
Tableau 36. Électricité d’appoint achetée pour le fonctionnement de l’installation
Scénario 1 Scénario 2
Électricité d’appoint MWh/an 212 306
Prix d’achat au réseau €/MWh 79 79
Coûts consommation électrique €/an 16 700 24 000
Les coûts pour la maintenance sont pour l’installation de méthanisation, pour l’unité de cogénération et pour
les chargeurs sur pneus comme indique le tableau suivant
Tableau 37. Dépenses pour la maintenance de l’installation
Scénario 1 Scénario 2
Maintenance
Maintenance installation6 €/an 114 800 176 000
Coût maintenance CHP €/kWh 0.015 0.015
Électricité brute du CHP kWh/an 7 044 003 14 088 006
Maintenance CHP €/an 106 000 211 500
Maintenance chargeurs €/an 30 000 45 000
Total maintenance €/an 250 800 432 500
Les frais totaux pour l’exploitation de l’installation sont la somme des coûts de consommation électrique,
maintenance et des autres indiqués dans le tableau ci-dessous
Tableau 38. Coût pour l’exploitation de l’installation de méthanisation
Scénario 1 Scénario 2
Coûts d’exploitation
Consommation électrique €/an 16 700 24 000
Conduite €/an 269 300 531 000
Monitoring environnemental €/an 47 000 47 000
Maintenance €/an 250 800 432 500
Assurance7 €/an 126 000 222 500
Sous total €/an 709 800 1 257 000
Divers8 €/an 70 980 125 700
Total €/an 780 780 1 382 700
6 C’est 2% du sous-total de l’investissement hors l’unité de cogénération, génie civil et les chargeurs 7 C’est 1% du sous-total de l’investissement hors les chargeurs 8 C’est 10% du sous-total du coût d’exploitation
44
7.3 Recettes
Les recettes prévues pour le fonctionnement de l’installation de méthanisation se basent sur la vente d’électricité
nette, la vente de compost et le traitement des déchets verts. Le Tableau 37 résume les recettes estimées pour le
fonctionnement de l’installation de méthanisation pour les deux Scénarios.
Vente d’électricité
L’électricité nette produite par le moteur de cogénération sera vendu et injecté au réseau national, la quantité
d’énergie pour sa commercialisation est celle disponible après le bilan électrique (Tableau 29).
La réglementation équatorienne No. CONELEC 001/13 (CONELEC, 2014) établisse les tarifs de rachat de
l’électricité provenant d’installations d’énergie renouvelables ; pour la filière biogaz cette tarif est de 6.44
¢/kWh, l’équivalent à 64.42 €/MWh.
Vente du compost
On envisage la commercialisation du compost comme le modèle de commercialisation déjà réalisé par
l’entreprise EMAC, lequel consiste en la vente directe aux particuliers. La quantité du compost qui sera vendue
est celle obtenue après le procédé d’affinage (Tableau 25).
Basé sur les références (Tipán, 2016) (Barrera and Otacoma, 2017), lesquelles analysent la vente de compost
élaboré à partir des déchets organiques ménagers en autres villes en Équateur, et le critère en conjoint avec la
firme L.E.E. on a considéré qu’un prix de vente de 40 € par tonne de compost obtenu de l’installation de
méthanisation semble raisonnable comme une valeur de départ.
Déchets verts
Pour le traitement des déchets verts qui sont utilisés comme substrat pour l’étape de méthanisation, on a établi
un prix de 20 € par tonne de déchet vert, basé en recommandations dans l’analyse de projets similaires réalises
par la firme L.E.E.
Tableau 39. Recettes pour le fonctionnement de l’installation
Scénario 1 Scénario 2
Électricité nette MWh/an 5 136 11 337
Prix €/MWh 64 64
Recettes pour vente d’électricité €/an 330 000 730 000
Production de compost affinée tonnes/an 13 189 26 377
Prix €/tonne 40 40
Recettes pour vente de compost €/an 528 000 1 055 000
Traitement des déchets verts tonnes/an 4 500 180 000
Prix €/tonne 20 20
Recettes pour traitement des déchets €/an 90 000 180 000
Recettes totales €/an 948 000 1 965 000
45
7.4 Coût de traitement des déchets
La différence entre les recettes totales et les dépenses pour le fonctionnement de l’installation, permet de
calculer le coût de traitement des déchets organiques ménagers avec le processus de méthanisation pour chacun
des deux scénarios.
Tableau 40. Coût de traitement des déchets par le procédé de méthanisation envisagé
Scénario 1 Scénario 2
Coût d’exploitation €/an 780 780 1 382 700
Annuité €/an 1 030 900 1 810 000
Recettes €/an - 948 000 - 1 965 000
Coût total de traitement €/an 898 500 1 227 700
Déchets organiques traités tonne 30 000 60 000
Coût de traitement €/tonne 29 21
46
8 Analyse de résultats
Dans le présent chapitre on analyse les résultats des calculs précédents pour les deux Scénarios et on compare
avec un Scénario 0, lequel ne considère pas le fonctionnement de l’installation de méthanisation.
Pour l’analyses sur la production d’électricité et sur les émissions des GES, les valeurs de la décharge dans les
trois scénarios sont calculées avec la même méthodologie utilisée dans le point 3.9, ce qui permet d’estimer la
quantité du méthane qui serait émis de la décharge mais aussi la fraction du récupérée pour la production
d’électricité.
8.1 Influence sur la production d’électricité
Le Scénario 0 n’envisage pas l’installation de méthanisation, ainsi l’électricité produite dans le site de la
décharge serait celle du système de captage lequel serait de 12 GWh/an. Pour le Scénario 1, l’électricité
produite par la décharge serait de 8 GWh/an tandis que l’installation de méthanisation produirait 5 GWh/an, les
deux systèmes ensemble produiraient 13 GWh/an d’électricité. Dans le Scenario 2, la décharge arrive à
produire 4 GWh/an, tandis que l’installation de méthanisation produise 11 GWh/an ; l’électricité ensemble des
deux systèmes est l’équivalent à 15 GWh/an.
Dans la Figure 16 on peut regarder que la quantité d’électricité produite par la décharge diminue dans le
Scénario 1 et aussi diminue pour le Scénario 2 c’est pour le fait que plus de déchets on valorise dans l’installation
de méthanisation, moins de déchets seront déposés dans le site et par conséquence moins du méthane qui est
récupéré pour le système de captage de la décharge.
Dans la même figure 16 on peut remarquer que l’électricité produite par l’installation de méthanisation qui
valorise 60 000 tonnes de déchets est inférieure que celle produite para la décharge seule dans le scénario 0. Ce
peut être justifié par le fait que tous les déchets produits ne sont pas valorisés par l’installation dans le Scénario
2.
Figure 16. Électricité produite pour chaque système dans chacun de scénarios
12
8
4
0
5
11
0
2
4
6
8
10
12
14
Scénario 0 Scénario 1 Scénario 2
GW
h/a
n
Produite par la décharge Produite par l'installation de méthanisation
47
La consommation per capita d’électricité dans la ville de Cuenca est de 1 147 kWh/hab*an (ARCONEL, 2017),
compte tenu la population de la ville en 627 589 habitants, on peut calculer que la consommation électrique
dans la ville de Cuenca est de 720 GWh/an.
Par rapport à la demande électrique de la ville (Figure 17) ; dans le scénario 0, la décharge seule peut couvrir
le 1.67% de cette demande. L’électricité produite par l’installation de méthanisation et par la décharge dans le
Scénario 1, pourraient couvrir 1.84% de l’électricité demandé. Et dans le Scénario 2, l’électricité produite
ensemble par l’installation et la décharge augmenterait à couvrir 2.13% de la demande.
Figure 17. Production électrique de la décharge et de l'installation de méthanisation par rapport à la demande électrique
de la ville
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
30
Scénario 0 Scénario 1 Scénario 2
GW
h/a
n
GW
h/a
n
Prod élec décharge Prod élec installation méthanisation Demande électrique de la ville
48
8.2 Reduction des GES
La valorisation de la FODM dans l’installation de méthanisation entraine que moins de déchets organiques
seront déposées dans la décharge ; ainsi, il y aura moins de déchets qui vont se décomposer et de produire de
GES. Les calculs des émissions issus à la décharge dans le Scénario 1 et le Scénario 2, prennent en compte la
diminution de déchets déposés dans la décharge
Tableau 41. Emissions estimés de GES de la décharge dans chacun des scénarios
Scénario 0 Scénario 1 Scénario 2
Émis de la décharge tonne CO2 é 34 513 23 355 11 533
Émis par combustion du méthane capté tonnes CO2 5 695 3 854 1 903
Émis par oxydation du méthane tonne CO2 2 136 1 445 714
Émis par décomposition des déchets tonne CO2 15 984 10 817 5 341
Émission totale de la décharge tonne CO2 58 328 39 470 19 491
Etant donné que pour les estimations d’émission des GES de la décharge on prend en compte la fraction émis
de la combustion du méthane récupérée, il est judicieux de prendre de aussi considérer les émissions issues à la
combustion du méthane obtenu dans l’installation de méthanisation. Pour ce calcul on se basse sur les résultats
obtenus auparavant de production du biogaz dans chacun des scénarios.
Les émissions de GES issus de la combustion du biogaz obtenu dans l’installation de méthanisation dans chacun
des scénarios est indiqué dans le tableau ci-dessous
Tableau 42. Emissions estimés de GES de l'installation de méthanisation dans chacun des scénarios
Scénario 0 Scénario 1 Scénario
Biogaz produit dans l’installation m3/an 0 3 105 000 6 210 000
Teneur en méthane % 0 60 60
Densité CH4 kg/m3 0 0,668 0,668
Méthane tonne 0 1 244 2 489
Combustion 1 tonne CH4 tonne CO2 0 2,75 2,75
CO2 après combustion CH4 tonne CO2 0 3 422 6 845
Teneur en CO2 % 0 40 40
Densité CO2 kg/m3 0 1,98 1,98
CO2 tonne 0 2 459 4 918
Émission totale de l’installation tonne CO2 0 5 881 11 763
49
Ainsi, la quantité estimée d’émission des GES pour chaque scénario est indiqué dans le tableau ci-dessous
Tableau 43. Estimation d'émission des GES dans chacun des scénarios pour le fonctionnement ensemble de la décharge et
de l'installation de méthanisation
Scénario 0 Scénario 1 Scénario
Émission totale de la décharge tonne CO2 58 328 39 470 19 491
Émission totale de l’installation tonne CO2 0 5 881 11 763
Emission total des deux systèmes tonne CO2 58 328 45 352 31 254
La Figure 18 montre que les émissions de la décharge du scénario 0 diminuent par rapport à ceux de la décharge
dans le Scénario 1 et le Scénario 2, en raison que moins de déchets sont déposés dans la décharge et moins
FODM va se dégrader et produire du méthane.
Dans la même figure, on peut regarder que les émissions issues de l’installation de méthanisation augmentent
entre le scénario 1 et le scénario 2, comme conséquence d’une augmentation du biogaz produite et qui est
valorisé par cogénération ; mais, ces émissions sont au-dessous des émissions provenant de la décharge en
raison que le procédé de méthanisation capte l’ensemble du méthane obtenu et empêche son dégagement vers
l’atmosphère. Tandis que dans la décharge, il y a toujours une fraction du méthane qui ne peut pas être récupéré
par les limites techniques du système de captage (Abbasi, T., Tauseef, S., & Abbasi, S. 2012), ce qui permet
son dégagement vers l’atmosphère et est considéré comme GES.
Figure 18. Émissions totales des GES, émis pour l'installation de méthanisation et pour la décharge dans chacun des
scénarios
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
70 000
Scénario 0 Scénario 1 Scénario 2
ton
nes
CO
2
Émissions de la décharge
Émissions de l'installation deméthanisation
Émissions totales
50
Quand on analyse l’ensemble du fonctionnement des scénarios (Figure 18) on peut noter qu’il y a une
diminution du total des émissions, spécialement pour le fonctionnement de l’installation de méthanisation qui
évite l’émission directe du méthane (Aristizábal et al. 2015), qui dans l’atmosphère a un potentiel de
réchauffement 25 plus puissante que le CO2.
La réduction des émissions des GES entre le scenario 0 et le scenario 1 est de 22%, dans le scenario 2 la
réduction est de 44%.
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
70 000
Scénario 0 Scénario 1 Scénario 2
ton
nes
CO
2
Émissions de la décharge Émissions de l'installation de méthanisation Émissions totales
51
8.3 Influence sur le coût de traitement
Pour l’entreprise EMAC, le coût de traitement de chaque tonne de déchet ménager est de 15 €, ce traitement
comprenne l’enfouissement des déchets dans la décharge comme réalisé actuellement.
La Figure 19 montre que le traitement de chaque tonne de la FODM dans une installation de méthanisation avec
une capacité de 30 000 tonnes, a un coût de 29 €/tonne. Tandis que le traitement dans une installation avec une
capacité de 60 000 tonnes le traitement de ce déchet serait de 21 €/tonne, ce qui peut être interprété comme un
effet d’économie d’échelle, lequel indique qu’avec une augmentation de la capacité de l’installation certains
coûts fixes n’augmente proportionnellement à la taille de l’installation (Rubab and Chandra, 1995), mais
l’augmentation des recettes issus de la vente d’électricité diminuent les coût d’opération de ‘installation.
Figure 19. Changement sur le prix de traitement
Le coût de traitement des déchets par le procédé de méthanisation comprenne l’ensemble du processus, mais
aussi la construction de l’installation. Tandis que le coût du traitement basé sur l’enfouissement des déchets
n’inclus pas ce component issu à la construction de la décharge. Ce prix n’était pas considéré étant donné le
manque d’information disponible de part de l’entreprise EMAC et aussi le manque d’information secondaire
disponible.
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
€/t
on
ne
déc
het
décharge installation de 30 000 tonnes installation de 60 000 tonnes
52
8.4 Reduction de déchets déposés
Dans le même raisonnement réalisé que celui réalisé pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre, le
traitement d’une fraction des déchets organiques entrainera aussi une réduction des déchets qui seront déposés
dans la décharge. Pour cette analyse on considère la production annuelle de déchets dans le période compris
entre les années 2019 et 2031 ce que nous permettra de calculer la quantité de déchets qui seraient cumulés dans
le site de la décharge.
Sans aucune valorisation de déchets comme dans le Scénario 0, la quantité totale de déchets cumulés dans la
décharge serait de 1 063 500 tonnes. Pour le Scénario 1, les déchets cumulés dans la décharge seraient 673 500
tonnes, l’équivalent à une réduction de 36.67%. Dans le cas du Scénario 2, les déchets cumulés seraient 283
500 tonnes, ce qui est égal à une réduction du 73.34% des déchets cumulés dans la décharge.
Figure 20. Quantité de déchets cumulés dans la décharge entre les années 2019 et 2031 dans de différent Scénarios
0
100 000
200 000
300 000
400 000
500 000
600 000
700 000
800 000
900 000
1 000 000
1 100 000
ton
nes
de
déc
het
s
Scénario 0
Scénario 1
Scénario 2
53
9 Conclusions
En Équateur, l’enfouissement dans de décharges est la technique qui domine le traitement des déchets ménagers,
dont plus de 60% de leur composition est de la matière organique. Cela indique que chaque année une quantité
considérable matière organique valorisable est écartée et confinée sous la terre, ce qui ajouté au manque contrôle
pendant leur décomposition contribuera aux émissions de GES.
Le pourcentage de la FODM, dans cette ville, est de 64%. Cette caractéristique a permis de développer
d’initiatives énergétiques comme celle installé dans la décharge de la ville, basé sur la récupération et
valorisation du biogaz pour la production d’électricité. Ces conditions permettent entrevoir la possibilité de
mettre en œuvre de initiatives plus techniques comme une installation de méthanisation pour une meilleur
récupération du potentiel énergétique des déchets organiques, ce qui encouragerait à améliorer le système de
gestion des déchets avec collecte sélective de la FODM pour obtenir un substrat adéquat pour de procédés de
méthanisation.
L’actuelle installation de récupération et valorisation du biogaz de la décharge de Cuenca, a produit environ 4
GWh/an d’électricité en 2017 ; mais, son potentiel est estimé en 12 GWh/an. La valorisation de 30 000 tonnes
de déchets organiques ménagers dans une installation de méthanisation, peut produire 5 GWh/an d’électricité
et augmenter la production des deux systèmes jusqu’au 13 GW/h. Avec la valorisation de 60 000 tonnes de
déchets, la production d’électricité des deux sites serait de 15 GW/h, dont 11 GW/h seraient de l’installation de
méthanisation de tel capacité.
Le système de traitement de déchets organiques de la ville de Cuenca se base sur la mise en décharge, donc le
coût de cette opération est de 15 €/tonne de déchet. Le traitement par le procédé de méthanisation de 30 000
tonnes de ces déchets aurait un coût de 29 €/tonne, tandis que la valorisation de 60 000 tonnes, ce coût
augmenterait jusqu’au 21 €/tonne, comme une conséquence de l’économie d’échelle.
Les bénéfices environnementaux pour le fonctionnement d’une installation comme tel du Scénario 1,
empêcherait l’émission d’environ 13 000 tonnes de CO2 vers l’atmosphère, l’équivalent à une réduction du 22%
des émissions de GES par rapport aux émissions estimés pour la décharge. La méthanisation de 60 000 tonnes
de déchets organiques ménagers par an éviterait l’émission de 27 000 tonnes de CO2 pour le même période,
l’équivalent à une réduction 44% des GES émis seulement pour la décharge.
Dans le même sens, il y aurait une diminution de la quantité de déchets qui seraient déposés dans la décharge.
Sans la valorisation de déchets, la quantité de déchets qui seraient déposés dans la décharge jusqu’au l’année
2031, serait 1 063 500 tonnes de déchets, mais avec la valorisation de déchets cette quantité se réduirait à 673
500 tonnes et à 283 500 tonnes pour les Scénarios 1 et 2 respectivement.
En Équateur, il manque de l’information plus détaillée référent à la composition et la quantité produite des
déchets organiques, c’est pourquoi l’absence de plus références pratiques de la valorisation énergétique ce type
de déchets. En perspective, il est de grande importance commencer à créer une base de données national issu
aux déchets ménagers, ce qui permettrait de réaliser plus de recherches dans ce métier et d’avoir de estimations
plus précises aux contextes des villes en Équateur.
54
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58
11 Annexes
Annexe 1. Consignes pour les ménages pour la séparation de leurs déchets d'après l'entreprise EMAC
59
Annexe 2. Bilan massique du procédé de méthanisation pour l’installation avec une capacité de 30 000 tonnes/an
60
Annexe 3. Bilan massique du procédé de méthanisation pour l’installation avec une capacité de 60 000 tonnes/an
61
Annexe 4. Localisation de la décharge de Cuenca et les centres habités les plus proches
62
Annexe 5. Calcul pour les estimations d'émissions des GES dans chacun des scénarios
